Архитектура операционной системы UNIX - Морис Бах

• Количество процессов, ожидающих момента, когда значение семафора станет равным 0.

Для создания набора семафоров и получения доступа к ним используется системная функция semget, для выполнения различных управляющих операций над набором — функция semctl, для работы со значениями семафоров — функция semop.

#include ‹sys/types.h›

#include ‹sys/ipc.h›

#include ‹sys/shm.h›

#define SHMKEY 75

#define K 1024

int shmid;

main() {

 int i, *pint;

 char *addr1, *addr2;

 extern char *shmat();

 extern cleanup();

 for (i = 0; i ‹ 20; i++) signal(i, cleanup);

 shmid = shmget(SHMKEY, 128*K, 0777IPC_CREAT);

 addr1 = shmat(shmid, 0, 0);

 addr2 = shmat(shmid, 0, 0);

 printf("addr1 0x%x addr2 0x%xn", addr1, addr2);

 pint = (int *) addr1;

 for (i = 0; i ‹ 256, i++) *pint++ = i;

 pint = (int *) addr1;

 *pint = 256;

 pint = (int *) addr2;

 for (i = 0; i ‹ 256, i++) printf("index %dtvalue %dn", i, *pint++);

 pause();

}

cleanup() {

 shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);

 exit();

}

Рисунок 11.11. Присоединение процессом одной и той же области разделяемой памяти дважды

#include ‹sys/types.h›

#include ‹sys/ipc.h›

#include ‹sys/shm.h›

#define SHMKEY 75

#define K 1024

int shmid;

main() {

 int i, *pint;

 char *addr;

 extern char *shmat();

 shmid = shmget(SHMKEY, 64*K, 0777);

 addr = shmat(shmid, 0, 0);

 pint = (int *) addr;

 while (*pint == 0);

 for (i = 0; i ‹ 256, i++) printf("%dn", *pint++);

}

Рисунок 11.12. Разделение памяти между процессами

Рисунок 11.13. Структуры данных, используемые в работе над семафорами

Синтаксис вызова системной функции semget:

id = semget(key, count, flag);

где key, flag и id имеют тот же смысл, что и в других механизмах взаимодействия процессов (обмен сообщениями и разделение памяти). В результате выполнения функции ядро выделяет запись, указывающую на массив семафоров и содержащую счетчик count (Рисунок 11.13). В записи также хранится количество семафоров в массиве, время последнего выполнения функций semop и semctl. Системная функция semget на Рисунке 11.14, например, создает семафор из двух элементов.

Синтаксис вызова системной функции semop:

oldval = semop(id, oplist, count);

где id — дескриптор, возвращаемый функцией semget, oplist — указатель на список операций, count — размер списка. Возвращаемое функцией значение oldval является прежним значением семафора, над которым производилась операция. Каждый элемент списка операций имеет следующий формат:

• номер семафора, идентифицирующий элемент массива семафоров, над которым выполняется операция,

• код операции,

• флаги.

#include ‹sys/types.h›

#include ‹sys/ipc.h›

#include ‹sys/sem.h›

#define SEMKEY 75

int semid;

unsigned int count;

/* определение структуры sembuf в файле sys/sem.h 

struct sembuf {

 unsigned shortsem_num;

 short sem_op;

 short sem_flg;

}; */

struct sembuf psembuf, vsembuf;

/* операции типа P и V */

main(argc, argv)

int argc;

char *argv[];

{

 int i, first, second;

 short initarray[2], outarray[2];

 extern cleanup();

 if (argc == 1) {

  for (i = 0; i ‹ 20; i++) signal(i,cleanup);

  semid = semget(SEMKEY, 2, 0777IPC_CREAT);

  initarray[0] = initarray[1] = 1;

  semctl(semid, 2, SETALL, initarray);

  semctl(semid, 2, GETALL, outarray);

  printf("начальные значения семафоров %d %dn", outarray[0], outarray[1]);

  pause(); /* приостанов до получения сигнала */

 } /* продолжение на следующей странице */

 else

  if (argv[1][0] == 'a') {

   first = 0;

   second = 1;

  }

  else {

   first = 1;

   second = 0;

  }

 semid = semget(SEMKEY, 2, 0777);

 psembuf.sem_op = -1;

 psembuf.sem_flg = SEM_UNDO;

 vsembuf.sem_op = 1;

 vsembuf.sem_flg = SEM_UNDO;

 for (count = 0; ;count++) {

  psembuf.sem_num = first;

  semop(semid, &psembuf, 1);

  psembuf.sem_num = second;

  semop(semid, &psembuf,1);

  printf("процесс %d счетчик %dn", getpid(), count);

  vsembuf.sem_num = second;

  semop(semid, &vsembuf, 1);

  vsembuf.sem_num = first;

  semop(semid, &vsembuf, 1);

 }

}

cleanup() {

 semctl(semid, 2, IPC_RMID, 0);

 exit();

}

Рисунок 11.14. Операции установки и снятия блокировки

Ядро считывает список операций oplist из адресного пространства задачи и проверяет корректность номеров семафоров, а также наличие у процесса необходимых разрешений на чтение и корректировку семафоров (Рисунок 11.15). Если таких разрешений не имеется, системная функция завершается неудачно. Если ядру приходится приостанавливать свою работу при обращении к списку операций, оно возвращает семафорам их прежние значения и находится в состоянии приостанова до наступления ожидаемого события, после чего системная функция запускается вновь. Поскольку ядро хранит коды операций над семафорами в глобальном списке, оно вновь считывает этот список из пространства задачи, когда перезапускает системную функцию. Таким образом, операции выполняются комплексно — или все за один сеанс или ни одной.

алгоритм semop /* операции над семафором */

входная информация:

 (1) дескриптор семафора

 (2) список операций над семафором

 (3) количество элементов в списке

выходная информация: исходное значение семафора

{

 проверить корректность дескриптора семафора;

start:

 считать список операций над семафором из пространства задачи в пространство ядра;

 проверить наличие разрешений на выполнение всех операций;

 for (каждой операции в списке) {

  if (код операции имеет положительное значение) {

  прибавить код операции к значению семафора;

  if (для данной операции установлен флаг UNDO)

   скорректировать структуру восстановления для данного процесса;

  вывести из состояния приостанова все процессы, ожидающие увеличения значения семафора;

 }

 else

  if (код операции имеет отрицательное значение) {

   if (код операции + значение семафора ›= 0) {

    прибавить код операции к значению семафора;

    if (флаг UNDO установлен)

     скорректировать структуру восстановления для данного процесса;

    if (значение семафора равно 0)

     вывести из состояния приостанова все процессы, ожидающие обнуления значения семафора;

   continue;

  }

  выполнить все произведенные над семафором в данном сеансе операции в обратной последовательности (восстановить старое значение семафора);

  если (флаги не велят приостанавливаться)

   вернуться с ошибкой;

  приостановиться (до тех пор, пока значение семафора не увеличится);

  перейти на start;  /* повторить цикл с самого начала */

 }

 else { /* код операции равен нулю */

  if (значение семафора отлично от нуля) {

   выполнить все произведенные над семафором в данном сеансе операции в обратной последовательности (восстановить старое значение семафора);

    if (флаги не велят приостанавливаться) return ошибку;

    sleep (до тех пор, пока значение семафора не станет нулевым);

    goto start; /* повторить цикл */

   }

  }

 } /* конец цикла */

 /* все операции над семафором выполнены */

 скорректировать значения полей, в которых хранится время последнего выполнения операций и идентификаторы процессов;

 вернуть исходное значение семафора, существовавшее в момент вызова функции semop;

}

Рисунок 11.15. Алгоритм выполнения операций над семафором

Ядро меняет значение семафора в зависимости от кода операции. Если код операции имеет положительное значение, ядро увеличивает значение семафора и выводит из состояния приостанова все процессы, ожидающие наступления этого события. Если код операции равен 0, ядро проверяет значение семафора: если оно равно 0, ядро переходит к выполнению других операций; в противном случае ядро увеличивает число приостановленных процессов, ожидающих, когда значение семафора станет нулевым, и "засыпает". Если код операции имеет отрицательное значение и если его абсолютное значение не превышает значение семафора, ядро прибавляет код операции (отрицательное число) к значению семафора. Если результат равен 0, ядро выводит из состояния приостанова все процессы, ожидающие обнуления значения семафора. Если результат меньше абсолютного значения кода операции, ядро приостанавливает процесс до тех пор, пока значение семафора не увеличится. Если процесс приостанавливается посреди операции, он имеет приоритет, допускающий прерывания; следовательно, получив сигнал, он выходит из этого состояния.