Mezi-procesová komunikace (IPC)

• sdílená paměť
• nepojmenovaná roura (pipe)
• pojmenovaná roura
• unix soket
• IP soket
• POSIX_Message_Queues
• DBus

• výborné čtení o meziprocesorové komunikaci, sdílené paměti, semaforech....

• POSIX Shared Memory Operations 1 2
  • mmap(2) - Map a file or shared memory object into the address space.
  • shm_open(2) - Create, or gain access to, a shared memory object.
  • shm_unlink(2) - Destroy a shared memory object when no references to it remain open.
  • http://www3.physnet.uni-hamburg.de/physnet/Tru64-Unix/HTML/APS33DTE/DOCU_004.HTM
    • všechny procesy mají přístup do paměti ihned
    • začíná se voláním shm_open
    • pro přístup do sdílené paměti musí procesy použít stejný name… což je string, například pathname

• System V Shared Memory Functions 1 2
  • shmget(2) - Create a shared memory IPC object or return the ID of one.
  • shmctl(2) - Get the status of a shared memory segment, change permissions or user IDs, or lock or unlock a segment in memory.
  • shmat(2) - Attach a shared memory segment to the address space.
  • shmdt(2) - Detach a shared memory segment from the address space.

• obecně existuje zámek (mutex) nebo semafor (semaphor)
• mutex
  • pouze jeden proces/vlakno může vstoupit
  • dá se říct, že je to semafor s číslem 1
  • slouží k serializaci přístupu
• semafor
  • nastaví se počet X, kolik procesů/vláken může max vstoupit
  • slouží k omezení paralelního přístupu na max X

Existuje C++ třída mutex

POSIX semafory 1 2

• pojmenované semafory
  • identifikuje se jménem se ve tvaru „/řetězec“ s max délkou 251
  • vytváří se jako soubor v /dev/shm s názvem „sem.řetězec“
  • sem_open - vytváří
  • sem_close - ukončuje práci s
  • sem_unlink - úplně likviduje (poslední proces)
  • sem_post
  • sem_wait
• nepojmenované semafory
  • identifikuje se číslem
  • vytváří se v paměti
    • jako globální proměnná - mezi vlákny
    • ve sdílené paměti - mezi procesy
  • sem_init - vytváří
  • sem_destroy - volat před dealokaci paměti
  • sem_post
  • sem_wait

System V Semafor 1

• oprávnění se nastavuje 9 bitovým číslem (obdoba oprávnění u souboru), tedy například 666
• semget - alokuje (ve sdílené paměti) nebo získá semafor s daným id
• semop - provádí operace se smaforem jako init, wait, post nebo i dealokaci
• semafor prý existuje, i když všechny procesy skončí!!!
  • lze vypsat přes ipcs -s

• jednosměrná
• dva konce - producent a konzument
• do roury by měl zapisovat nebo z ní číst pouze jeden proces
  • čtení je destruktivní (přečtení jedním procesem zruší možnost čtení procesem druhým)
  • zápis/čtení do velikosti 'PIPE_BUF' by mělo být atomické (pokud do roury budou zapisovat dva procesy, tak zápisy do uvedené velikosti by se neměli pomíchat dohromady)
• roura se vytváří příkazem pipe
  • parametrem je int[2], kde index 0 je deskriptor pro zápis a index 1 pro čtení
• rouru je potřeba na konci uzavřít příkazem close
• zapisovat lze příkazem write, číst příkazem read
• při čtení z roury, zavřené na druhé straně, se přečte znak EOF
• při zápisu do roury, zavřené na druhé straně, se generuje signál SIGPIPE (ukončí běh aplikace)

#include <unistd.h>
 
int pipefd[2];
 
pipe(pipefd);
..
close(pipefd[0]);
close(pipefd[1]);

• poepen
• pclose

• vytvořit rouru ipipe pro jeden směr (rodič → potomek)
• vytvořit rouru opipe pro druhý směr (potomek → rodič)
• provést fork
• zavřít nepoužívané deskriptory
  • v potomkovi zavřít deskriptor pro zápis do ipipe
  • v potomkovi zavřít deskriptor pro čtení do opipe
  • v rodiči zavřít deskriptor pro zápis do opipe
  • v rodiči zavřít deskriptor pro čtení do ipipe
• ostatní deskriptory použít pro zpracování
  • můžeme z nich číst/zapisovat
  • můžeme je použít jako náhradu pro stdin (STDIN_FILENO), stderr (STERR_FILENO) nebo stdout (STDOUT_FILENO)

• standardně je čtení a zápis blokující
• pro neblokující je potřeba změnit nastavení přes syscall fcntl (pro každý konec roury)

// set non-blocking mode
if (fcntl(pipe_fd, F_SETFL, fcntl(pipe_fd, F_GETFL) | O_NONBLOCK) == -1) {
  fprintf(stderr,"Cannot set non-blocking mode to pipe\n");
}

// set blocking mode
if (fcntl(pipe_fd, F_SETFL, fcntl(pipe_fd, F_GETFL) & ~O_NONBLOCK) == -1) {
  fprintf(stderr,"Cannot set blocking mode to pipe\n");
}

• chování funkcí read a write se v non-blocking režimu mění
• pokud nejsou žádná data ke čtení, ale roura je pořád otevřena, vrátí funkce read chybovou návratovou hodnotu (-1) a errno nastaví na EAGAIN
• pro ověření, zda jsou data připravena pro zápis/čtení je vhodné používat nějakou funkci, například select

struct timeval tv;
fd_set rfds;
fd_set wfds;
int nfds;
 
// set highest pipe FD +1 
nfds = (pipefd[0]>pipefd[1])?pipefd[0]+1:pipefd[1]+1;
 
while(...) {
 
  FD_ZERO(&rfds);
  FD_SET(pipefd[0],&rfds);
 
  FD_ZERO(&wfds);
  FD_SET(pipefd[1],&wfds);
 
  tv.tv_sec = 5;
  tv.tv_usec = 0;
 
  if (select(nfds, &rfds, &wfds, NULL, &tv) == -1) {
    fprintf(stderr,"pipe error %d\n", errno);
  }
 
  if (FD_ISSET(pipefd[0], &rfds)) {
    ..
    // do reading
  }
  ..  
}