 |
Анализ требований и постановка задачи
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Поистине неисповедимы пути, которыми следует отечественная мода на операционные системы. Еще несколько лет назад в России активно развивались многозадачные и многопользовательские операционные системы, но вот, словно по мановению волшебной палочки их место, где оправдано, а где и не слишком, заняли MS-DOS и Windows. И хотя сегодня все возвращается на свои места, выясняется, что за эти годы мы потеряли слишком много - мы потеряли культуру многозадачных операционных систем, и поэтому найти сегодня специалиста по UNIX, пусть даже пользователя, несоизмеримо труднее, чем пользователя MS-DOS и Windows.
До недавнего времени вопрос о выборе операционной системы для персональных компьютеров вообще не ставился. Все пользователи находились в равных условиях - в среде MS-DOS. Но с развитием аппаратных средств и хроническим отставанием как DOS, так и Windows от уровня "железа", на сцену начали выходить Windows NT и OS/2. Но кроме этих, коммерческих систем, совершенно неожиданно начал получать популярность и один из клонов UNIX - Linux, разрабатываемый широкими (без преувеличения) кругами энтузиастовэто версия UNIX для процессоров 80386 и 80486. Linux в полной мере реализует все возможности процессоров, предоставляя программисту полностью 32-разрядную многозадачную и многопользовательскую систему, функционирующую в защищенном режиме. Система соответствует стандарту POSIX, что позволяет говорить о переносе программного обеспечения, разработанного для Linux, на другие версии UNIX и обратно как о более или менее рутинной задаче.
Подводя итоги, следует отметить, что Linux оказывается неожиданно мощной системой, которая разработана неорганизованной группой программистов-любителей. Идеи, положенные в его основу проверены временем. И если, наконец, будет завершен проект Wine, позволяющий запускать Windows-приложения в среде X/Window, Linux получит дополнительный козырь в борьбе с коммерческими операционными системами. Возможности этой системы открывают все новые и новые пользователи. И с эволюционным развитием всех трех систем наблюдается устойчивый рост количества пользователей Linux.
|
|
|
Анализ требований и постановка задачи
Межпроцессное взаимодействие (Interprocess communication, IPC)-это механизм, с помощью которого два и более процессов взаимодействуют между собой.
Эти процессы могут работать по схеме клиент/сервер (когда один или несколько процессов-клиентов посылают данные в центральный процесс-сервер) или по одноранговой схеме (когда любой процесс может обмениваться данными с другими процессами).
IPC поддерживают все UNIX-подобные системы, но в каждой из них этот механизм реализован по-своему.
IPC на основе сообщений позволяет нескольким процессам, выполняемым на одной UNIX-машине, взаимодействовать между собой путем передачи и приема сообщений. Метод, основанный на использовании сообщений, был предложен для того, чтобы устранить некоторые недостатки каналов (именованных и неименованных). Один из этих недостатков заключается в том, что к обеим точкам канала с целью чтения и записи данных может подключаться множество процессов, но механизма, который обеспечивал бы избирательную связь между читающим и записывающим процессами, нет. Другая проблема состоит в том, что для успешной передачи данных к обоим концам канала должны быть подсоединены процессы, иначе данные теряются. Таким образом, каналы и находящиеся в них данные являются нерезидентными объектами, и если процессы выполняются не одновременно, надежный обмен данными не обеспечивается.
Сообщения же, кроме того, позволяют осуществить доступ к центральной очереди сообщений сразу множеству процессов. При этом каждый процесс, который помещает сообщение в очередь, должен указать для своего сообщения целочисленный тип. Процесс-получатель сможет выбрать это сообщение, указав тот же тип. Сообщения удаляются из очереди только тогда, когда процессы обращаются к ним явно («выбирают» их) и не удаляются из очереди, даже если к ней не обращается ни один процесс. Следовательно, механизм использования сообщений позволяет осуществить более гибкое многопроцессное взаимодействие.
|
|
|
Если в UNIX-системе существует несколько очередей, каждая из них может использоваться для организации межпроцессного взаимодействия сразу нескольких приложений.
На процедуру манипулирования сообщениями система устанавливает ряд ограничений, которые определяются в заголовочном файле <sys/msg.h>
Таблица 1
Системные ограничения
| Системное ограничение | Значение |
| MSGMNI | Максимальное число очередей сообщений, которые могут существовать в системе в конкретный момент времени. |
| MSGMAX | Максимальное число байт данных в сообщении |
| MSGMNB | Максимальное число байт данных во всех сообщениях |
| MSGTQL | Максимальное число сообщений во всех очередях |
В адресном пространстве ядра имеется таблица очередей сообщений, в которой отслеживаются все очереди сообщений, созданные в системе.
Запись таблицы сообщений имеет тип данных struct msqid_ds.
Таблица 2
Поля структуры msqid_ds
| ПолеДанные | |
| msg_perm | Данные в записи типа struct ipc_perm |
| msg_first | Указатель на самое старое сообщение в очереди |
| msg_last | Указатель на самое последнее сообщение в очереди |
| msg_cbyte | Общее число байтов во всех сообщениях, находящихся в очереди на данный момент |
| msg_qnum | Общее число сообщений, находящихся в очереди на данный момент |
| msg_qbyte | Максимальное число байтов во всех сообщениях, которые могут находиться в очереди |
| msg_lspid | Pid процесса, который последним передал в очередь сообщение |
| msg_lrpid | Pid процесса, который последним прочитал из очереди сообщение |
| msg_stime | Время, когда в очередь было передано самое последнее сообщение |
| msg_rtime | Время, когда из очереди было прочитано самое последнее сообщение |
| msg_ctime | Время последнего изменения управляющих параметров очереди сообщений |
|
|
|
Структура struct msg определена в <sys/msg.h> следующим образом.
Таблица 3
Поля структуры msg
| Поле | Данные |
| msg_type | Тип сообщения |
| msg_ts | Количество байтов в тексте сообщения |
| msg_spot | Указатель текст сообщения |
| msg_next | Указатель на следующее сообщение |
Проектирование
Рассмотрим схему взаимодействия процессов:
Рис. 1. Схема взаимодействия процессов
Генерация запросов осуществляется случайным образом. Длина очереди Q3 ограничена и равна 30. В случае переполнения заявки теряются, P - поток потерянных заявок. Длины очередей Q1 и Q2 ограничены только системно. Обслуживание ведется в порядке поступления запросов. Время обслуживания случайно. Программа должна определять среднюю длину очереди. Взаимодействие между отдельными процессами реализовать с использованием механизма сообщений.
R - распределитель. R определяет длину очереди Q3 и, если в ней меньше 30 заявок, то отправляет пришедшую заявку на процессор PR.
Кодирование
Кодирование осуществлено на языке С. Результат кодирования приведен в приложении А.
Был использован следующий тип данных:
typedef struct{m_type;Ttm;Qtm;
}Msg;
Где m_type - тип сообщения, Ttm - время генерации заявки, Qtm - время обработки заявки в PR.
Тестирование
Было проведено функциональное тестирование, которое показало, что программа работает устойчиво, без ошибок. Результаты тестирования приведены в приложении Б.
При тестировании вначале осуществлялся запуск процессов - генераторов заявок, затем - процесса распределителя, и последним - процесс - обработчик заявок. Процессы - генераторы и процесс - распределитель запускались в фоновом режиме, а выходные данные процесс - обработчика перенаправлялись в файл Out. При нажатии сочетания клавиш <Ctrl + C> процесс - обработчик заканчивает работу, а остальные процессы продолжали работу в фоновом режиме. Для их завершения осуществлялся запуск скрипта *Zap2, который посылал им сигнал SIGTERM(при программной настройке процессов - генераторов и процесса распределителя как процессов - демонов их завершение происходило по сигналу SIGKILL).
|
|
|
При ином порядке запуска процессов ошибок не наблюдалось, программа работала также устойчиво. Это связано с тем, что сообщения удаляются из очереди только тогда, когда процессы обращаются к ним явно («выбирают» их) и не удаляются из очереди, даже если к ней не обращается ни один процесс.
межпроцессный программа сообщение очередь
Приложение А
Текст программы.
Cr.h
#define P 0666
#define Max 80
#define MAX_LEN 30
#define KEY1 1
#define KEY2 2
#define KEY3 3
#define KEY4 4
#define TYPE1 123
#define TYPE2 124
#define TYPE3 125
#define TYPE4 126
struct {m_type;Ttm;Qtm;
}Msg;
mes, mes2;M;Za;
message(int Key)
{Id;= msgget(Key, IPC_CREAT|P);(Id == -1) printf("msgget\n");Id;
}
open_mq(Id)
{(Id >= 0) return 1;return 0;
}
remove_mq(int Id)
{rc;= msgctl(Id, IPC_RMID,0);(rc ==-1) perror("msgctl");rc;
}
send_mes(int size, int type, int Id)
{.m_type = type;(msgsnd(Id, &mes, size, 0))
{perror("msgsnd"); return -1;}0;
}
recive_mes(int size, int type, int Id)
{len;= msgrcv(Id, &mes, size, type, MSG_NOERROR);(len == -1) {perror("msgrcv"); return -1;}len;}.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "Cr.h"
main()
{Length, Id, Id4, ex, Len;time = 35000;delta = 2000;tim;
msqid_ds mbuf;
= 0;= message(KEY1);= message(KEY4);
(!open_mq(Id)) {printf("open_mq\n"); exit(1);};
(Length = recive_mes(sizeof(mes), TYPE1, Id) > 0)
{
tim = 2*delta + 1;.Qtm = time - delta + rand()%tim;+=1;=0;
{ex+=1;} while (ex < mes.Qtm);
(Id, IPC_STAT, &mbuf);
("Za %d\n",Za);("Generating time = %d\n",mes.Ttm);("Processor time = %d\n",mes.Qtm,"\n");
.Qtm = mbuf.msg_qnum;_mes(sizeof(mes), TYPE4, Id4);
}//while
0;
}.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "Cr.h"
main()
{Id1, Id2, Id3, i;msqid_ds mbuf;
= message(KEY1);= message(KEY2);= message(KEY3);
(!open_mq(Id2)) {printf("open_mq2"); exit(1);}(!open_mq(Id3)) {printf("open_mq1"); exit(1);}
{(Id1, IPC_STAT, &mbuf);
_mes(sizeof(mes), TYPE2, Id2);
(mbuf.msg_qnum < MAX_LEN)
{ send_mes(sizeof(mes), TYPE1, Id1);}
(Id1, IPC_STAT, &mbuf);
_mes(sizeof(mes2), TYPE3, Id3);
(mbuf.msg_qnum < MAX_LEN)
{ send_mes(sizeof(mes2), TYPE1, Id1);}
}while(1);0;
}.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "Cr.h"
main()
{Id;j=0;time = 8000;delta = 2000;tim;
= message(KEY2);
{
(!open_mq(Id)) {printf("open_mq_c3"); exit(1);}
= 2*delta + 1;.Ttm = time - delta + rand()%tim;
{j+=1;}while(j <= mes.Ttm);
_mes(sizeof(mes), TYPE2, Id);
}while(1);0;
}.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "Cr.h"
main()
{Id;j=0;time = 16000;delta = 2000;tim;
= message(KEY3);
{
(!open_mq(Id)) {printf("open_mq"); exit(1);}
= 2*delta + 1;.Ttm = time - delta + rand()%tim;
{j+=1;}while(j<=mes.Ttm);
_mes(sizeof(mes),TYPE3,Id);
}while(1);0;
}.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include "Cr.h"
main()
{Id, Id1, Id2, Id3, i;msqid_ds mbuf;Nac = 0;Kol = 0;Sr;
= message(KEY1);= message(KEY2);= message(KEY3);= message(KEY4);
(Id3, IPC_STAT, &mbuf);= mbuf.msg_qnum;(i > 0)
{_mes(sizeof(mes), TYPE4, Id3);+= mes.Qtm;+=1;=1;
}= Nac/Kol;("\nQueue sr. length = %d\n",Sr);_mq(Id);_mq(Id1);_mq(Id2);_mq(Id3);
return 0;
}
|
|
|
