12.3. Увеличение счетчика в отображаемом в память файле

12.3. Увеличение счетчика в отображаемом в память файле

Изменим программу в листинге 12.1 (которая не работала) таким образом, чтобы родительский и дочерний процессы совместно использовали область памяти, в которой хранится счетчик. Для этого используем отображение файла в память вызовами open и mmap. В листинге 12.2 приведен текст новой программы.

Листинг 12.2. Родительский и дочерний процессы увеличивают значение счетчика в разделяемой памяти

//shm/incr2.c

1  #include "unpipc.h"

2  #define SEM_NAME "mysem"

3  int

4  main(int argc, char **argv)

5  {

6   int fd, i, nloop, zero = 0;

7   int *ptr;

8   sem_t *mutex;

9   if (argc != 3)

10   err_quit("usage: incr2 <pathname> <#loops>");

11  nloop = atoi(argv[2]);

12  /* открываем файл, инициализируем нулем и отображаем в память */

13  fd = Open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, FILE_MODE);

14  Write(fd, &zero, sizeof(int));

15  ptr = Mmap(NULL, sizeof(int), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);

16  Close(fd);

17  /* создаем, инициализируем и отключаем семафор */

18  mutex = Sem_open(Px_ipc_name(SEM_NAME), O_CREAT | O_EXCL, FILE_MODE, 1);

19  Sem_unlink(Px_ipc_name(SEM_NAME));

20  setbuf(stdout, NULL); /* stdout не буферизуется */

21  if (Fork() == 0) { /* дочерний процесс */

22   for (i = 0; i < nloop; i++) {

23    Sem_wait(mutex);

24    printf("child: %d ", (*ptr)++);

25    Sem_post(mutex);

26   }

27   exit(0);

28  }

29  /* родительский процесс */

30  for (i = 0; i < nloop; i++) {

31   Sem_wait(mutex);

32   printf("parent: %d ", (*ptr)++);

33   Sem_post(mutex);

34  }

35  exit(0);

36 }

Новый аргумент командной строки

11-14 Из командной строки теперь считывается еще один аргумент, задающий полное имя файла, который будет отображен в память. Мы открываем файл для чтения и записи, причем если файл не существует, он будет создан, а затем инициализируем файл нулем.

Вызов mmap и закрытие дескриптора

15-16 Вызов mmap позволяет отобразить открытый файл в адресное пространство процесса. Первый аргумент является нулевым указателем, при этом система сама выбирает адрес начала отображаемого сегмента. Длина файла совпадает с размером целого числа. Устанавливается доступ на чтение и запись. Четвертый аргумент имеет значение MAP_SHARED, что позволяет процессам «видеть» изменения, вносимые друг другом. Функция возвращает адрес начала участка разделяемой памяти, мы сохраняем его в переменной ptr.

fork

20-34 Мы отключаем буферизацию стандартного потока вывода и вызываем fork. И родительский, и дочерний процессы по очереди увеличивают значение целого, на которое указывает ptr.

Отображенные в память файлы обрабатываются при вызове fork специфическим образом в том смысле, что созданные родительским процессом отображения наследуются дочерним процессом. Следовательно, открыв файл и вызвав mmap с флагом MAP_SHARED, мы получили область памяти, совместно используемую родительским и дочерним процессами. Более того, поскольку эта общая область на самом деле представляет собой отображенный файл, все изменения, вносимые в нее (область памяти, на которую указывает ptr, — размером sizeof (int)), также действуют и на содержимое реального файла (имя которого было указано в командной строке).

Запустив эту программу на выполнение, мы увидим, что память, на которую указывает ptr, действительно используется совместно родительским и дочерним процессами. Приведем значения счетчика перед переключением процессов:

solaris % incr2 /tmp/temp.110000

child: 0     запускается дочерний процесс

child: 1

…

child: 128

child: 129

parent: 130  дочерний процесс приостанавливается, запускается родительский процесс

parent: 131

…

parent: 636

parent: 637

child: 638   родительский процесс приостанавливается, запускается дочерний процесс

child: 639

…

child: 1517

child: 1518

parent: 1519 дочерний процесс приостанавливается, запускается родительский процесс

parent: 1520

…

parent: 19999 последняя строка вывода

solaris % od –D /tmp/temp.1

0000000 0000020000

0000004

Поскольку использовалось отображение файла в память, мы можем взглянуть на его содержимое с помощью программы od и увидеть, что окончательное значение счетчика (20000) действительно было сохранено в файле.

На рис. 12.6 изображена схема, отличающаяся от рис. 12.4. Здесь используется разделяемая память и показано, что семафор также используется совместно. Семафор мы изобразили размещенным в ядре, но для семафоров Posix это не обязательно. В зависимости от реализации семафор может обладать различной живучестью, но она должна быть по крайней мере не меньше живучести ядра. Семафор может быть реализован также через отображение файла в память, что мы продемонстрировали в разделе 10.15. 

Рис. 12.6. Родительский и дочерний процессы используют разделяемую память и общий семафор 

Мы показали, что у родительского и дочернего процессов имеются собственные копии указателя ptr, но обе копии указывают на одну и ту же область памяти — счетчик, увеличиваемый обоими процессами.

Изменим программу в листинге 12.2 так, чтобы использовались семафоры Posix, размещаемые в памяти (вместо именованных). Разместим такой семафор в разделяемой области памяти. Новая программа приведена в листинге 12.3.

Листинг 12.3. Счетчик и семафор размещены в разделяемой памяти

//shm/incr3.c

1  #include "unpipc.h"

2  struct shared {

3   sem_t mutex; /* взаимное исключение: семафор, размещаемый в памяти */

4   int count; /* и счетчик */

5  } shared;

6  int

7  main(int argc, char **argv)

8  {

9   int fd, i, nloop;

10  struct shared *ptr;

11  if (argc != 3)

12   err_quit("usage: incr3 <pathname> <#loops>");

13  nloop = atoi(argv[2]);

14  /* открываем файл, инициализируем нулем, отображаем в память */

15  fd = Open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, FILE_MODE);

16  Write(fd, &shared, sizeof(struct shared));

17  ptr = Mmap(NULL, sizeof(struct shared), PROT_READ | PROT_WRITE,

18   MAP_SHARED, fd, 0);

19  Close(fd);

20  /* инициализация семафора, совместно используемого процессами */

21  Sem_init(&ptr->mutex, 1, 1);

22  setbuf(stdout, NULL); /* stdout не буферизуется */

23  if (Fork() == 0) { /* дочерний процесс */

24   for (i = 0; i < nloop; i++) {

25    Sem_wait(&ptr->mutex);

26    printf("child: %d ", ptr->count++);

27    Sem_post(&ptr->mutex);

28   }

29   exit(0);

30  }

31  /* родительский процесс */

32  for (i = 0; i < nloop; i++) {

33   Sem_wait(&ptr->mutex);

34   printf("parent: %d ", ptr->count++);

35   Sem_post(&ptr->mutex);

36  }

37  exit(0);

38 } 

Определение структуры, хранящейся в разделяемой памяти

2-5 Помещаем целочисленный счетчик и семафор, защищающий его, в одну структуру. Эта структура будет храниться в разделяемой памяти.

Отображаем в память

14-19 Создается файл для отображения в память, который инициализируется структурой с нулевым значением обоих полей. При этом инициализируется только счетчик, поскольку семафор будет инициализирован позднее вызовом sem_init. Тем не менее проще инициализировать всю структуру нулями, чем только одно целочисленное поле.

Инициализация семафора

20-21 Используем семафор, размещаемый в памяти, вместо именованного. Для его инициализации единицей вызываем sem_init. Второй аргумент должен быть ненулевым, чтобы семафор мог совместно использоваться несколькими процессами.

На рис. 12.7 изображена модификация рис. 12.6, где семафор переместился из ядра в разделяемую память. 

Рис. 12.7. И семафор, и счетчик теперь хранятся в разделяемой памяти

Данный текст является ознакомительным фрагментом.