<--  | Домой  | Карта  | Индекс  | Поиск

автор Leonardo Giordani <leo.giordani(at)libero.it> Об авторе: Недавно я получил диплом факультета телекоммуникационных технологий Политехнического Университета Милана. Интересуюсь программированием ( в основном на Ассемблере и C/C++ ). С 1999 практически постоянно работаю в Linux/Unix Перевод на Русский: Kirill Pukhlyakov <kirill(at)linuxfocus.org> Содержание: Введение Обработка ошибок Реализация протокола - уровень 1 Рекомендуемая литература Страница отзывов

Параллельное программирование - очереди сообщений (2) Резюме: Цель этой серии заметок - знакомство читателя с идеей многозадачности и ее реализация в ОС Linux. Начав эту серию с теоретических основ многозадачности - мы закончим написанием приложения, демонстрирующего взаимодействие между процессами посредством простого, но эффективного протокола. С чем должны быть знакомы читатели для понимания заметки: минимальные знания shell'а основы языка 'C' (синтаксис, циклы, библиотеки) Неплохо было бы также вам прочитать сначала предыдущие заметки из этой серии: Параллельное программирование - принципы и введение в процессы Параллельное программирование - взаимодействие между процессами Параллельное программирование - очереди сообщений (1) _________________ _________________ _________________

Введение

Как мы уже сказали, протокол - это набор правил, позволяющих общаться людям или машинам, даже если они разные. Например, английский язык является протоколом, позволяющим мне передавать знания моим индийским читателям ( им всегда очень интересно то, что я пишу ). Говоря о чем-нибудь более приближенном к ОС Linux, мы можем упомянуть о перекомпиляции ядра ( не пугайтесь, это не так трудно ), в частности о сетевом разделе, где вы можете указать ядру о необходимости понимания разных сетевых протоколов, таких как TCP/IP.

Чтобы придумать протокол во-первых необходимо подумать о типе приложения, для которого он будет создан. Мы займемся созданием простого телефонного коммутатора. Основным процессом будет коммутатор, а потомками - пользователи: задача будет - позволить пользователям обмениваться сообщениями через этот коммутатор.

В протоколе необходимо предусмотреть три события: появление пользователя ( т.е. пользователь присутствует и подключен ), обычные действия пользователя и его исчезновение ( пользователь не подключен ). Остановимся немного подробнее на этих событиях:

При подключении пользователя к системе он создает свою собственную очередь ( не забывайте, что мы говорим о процессах ), ее идентификатор должен быть послан коммутатору, чтобы он знал как обратиться к этому пользователю. Здесь самое время создать некие структуры данных, если в них есть необходимость. От коммутатора необходимо получить идентификатор очереди, чтобы знать куда посылать сообщения другим пользователям.

Пользователь может посылать и принимать сообщения. В случае посылки сообщения другому пользователю мы должны сначала узнать - подключен он или нет, но в любом случае посылающему пользователю необходимо вернуть ответ, чтобы он знал что произошло с его сообщением. Принимающей стороне ничего не надо делать - все сделает коммутатор.

При отключении пользователя от системы ему необходимо оповестить об этом коммутатор. В этом фрагменте кода показывается как это сделать

/* Birth */
create_queue
init
send_alive
send_queue_id
get_switch_queue_id

/* Work */
while(!leaving){
 receive_all
 if(<send condition>){
  send_message
 }
 if(<leave condition>){
  leaving = 1
 }
}

/* Death */
send_dead

Теперь рассмотрим поведение нашего коммутатора: при подключении пользователя он посылает сообщение с идентификатором его очереди сообщений; нам необходимо его запомнить, чтобы передавать предназначенные ему сообщения и в свою очередь передать ему идентификатор очереди куда бы он мог посылать сообщения для других пользователей. Далее, нам необходимо анализировать сообщения от пользователей и проверять подключены или нет те, кому они предназначены: в случае если пользователь подключен - передать ему сообщение, если нет - отменить сообщение, в обоих случаях необходимо дать ответ отправителю. При отключении пользователя мы удаляем идентификатор его очереди и он становится недоступным.

Это реализуется следующим образом

while(1){
 /* New user */
 if (<birth of a user>){
  get_queue_id
  send switch_queue_id
 }

 /* User dies */
 if (<death of a user>){
  remove_user
 }

 /* Messages delivering */
 check_message
 if (<user alive>){
  send_message
  ack_sender_ok
 }
 else{
  ack_sender_error
 }
}

Обработка ошибок

Реализация протокола - уровень 1

Первое что нам необходимо - определить структуру для сообщения, используя прототип уровня ядра - msgbuf

typedef struct
{
  int service;
  int sender;
  int receiver;
  int data;
} messg_t;

typedef struct
{
  long mtype; /* Tipo del messaggio */
  messg_t messaggio;
} mymsgbuf_t;

Это на самом деле общий вид, который мы дополним позже: поля получателя и отправителя содержат идентификатор пользователя, поле данных - общие данные, поле сервиса используется для запроса на обслуживание у коммутатора. Например представим, что у нас два сервиса - один для незамедлительной и один для отсроченной доставки - в каждом случае поле данных содержит количество секунд задержки. Это всего лишь пример, но нам важно понять насколько разнообразно применение поля сервиса.

Теперь создаим несколько функций для управления нашими структурами данных, в частности для заполнения и чтения полей сообщения. Эти функции более-менее схожи, поэтому я покажу только две из них, а остальные вы найдете в заголовочных файлах

void set_sender(mymsgbuf_t * buf, int sender)
{
  buf->message.sender = sender;
}

int get_sender(mymsgbuf_t * buf)
{
  return(buf->message.sender);
}

Назначение их не в уменьшении кода ( каждая состоит всего из одной строки ), а в приближении протокола к чему-то более понятному для человека, а следовательно для понимания протокола в целом.

Теперь напишем функции для создания IPC ключей, создания и удаления очередей сообщений, отправки и получения сообщений: создание IPC ключа

key_t build_key(char c)
{
  key_t key;
  key = ftok(".", c);
  return(key);
}

функция создания очереди

int create_queue(key_t key)
{
  int qid;

  if((qid = msgget(key, IPC_CREAT | 0660)) == -1){
    perror("msgget");
    exit(1);
  }

  return(qid);
}

как видите обработка ошибок в данном случае достаточно проста. Следующая функция - уничтожение очереди

int remove_queue(int qid)
{
  if(msgctl(qid, IPC_RMID, 0) == -1)
  {
    perror("msgctl");
    exit(1);
  }
  return(0);
}

И наконец функции для отправки и получения сообщений - т.е. запись сообщения в определенную очередь и чтение из нее

int send_message(int qid, mymsgbuf_t *qbuf)
{
  int result, lenght;
  lenght = sizeof(mymsgbuf_t) - sizeof(long);
  if ((result = msgsnd(qid, qbuf, lenght, 0)) == -1){
    perror("msgsnd");
    exit(1);
  }

  return(result);
}

int receive_message(int qid, long type, mymsgbuf_t *qbuf)
{
  int result, length;
  length = sizeof(mymsgbuf_t) - sizeof(long);

  if((result = msgrcv(qid, (struct msgbuf *)qbuf, length, type, IPC_NOWAIT)) == -1){
    if(errno == ENOMSG){
      return(0);
    }
    else{
      perror("msgrcv");
      exit(1);
    }
  }

  return(result);
}

Вот и все. Вы можете найти эти функции в файле layer1.h: попробуйте написать сами программу используя их. В следующей заметке мы поговорим о втором уровне протокола и создадим его.

Рекомендуемая литература

• Silberschatz, Galvin, Gagne, Operating System Concepts - Sixth Edition, Wiley&Sons, 2001
• Tanenbaum, WoodHull, Operating Systems: Design and Implementation - Second Edition, Prentice Hall, 2000
• Stallings, Operating Systems - Fourth Edition, Prentice Hall, 2002
• Bovet, Cesati, Understanding the Linux Kernel, O'Reilly, 2000
• The Linux Programmer's Guide: http://www.tldp.org/LDP/lpg/index.html
• Linux Kernel 2.4 Internals http://www.tldp.org/LDP/lki/lki-5.html
• Web page of the #kernelnewbies IRC channel http://www.kernelnewbies.org/
• The linux-kernel mailing list FAQ http://www.tux.org/lkml/

  Присылайте свои комментарии, вопросы на мой почтовый адрес leo.giordani(at)libero.it или пишите мне через "страницу отзывов". Вы можете писать мне на английском, немецком или итальянском языках.

Страница отзывов

2003-09-26, generated by lfparser version 2.43