Linux API. Исчерпывающее руководство

• Другим видам приложений лучше подходит модель с разделяемой памятью. Она позволяет одному процессу открывать доступ к своим данным для множества других процессом, разделяя с ними один и тот же участок памяти. «Операции» взаимодействия предельно просты: процесс работает с участком памяти точно так же, как он это делает с любой частью своего адресного пространства. С другой стороны, описанная модель может усложниться ввиду необходимости выполнения синхронизации (и, возможно, управления потоком данных). Этот механизм хорошо подходит для приложений, которым нужно управлять разделяемым состоянием (например, общей структурой данных).

Стоит отметить несколько моментов, касающихся механизмов передачи данных.

• Некоторые механизмы передают данные в виде байтов (каналы, очереди FIFO и потоковые сокеты), а другие ориентированы на обмен сообщениями (очереди сообщений и датаграммные сокеты). Предпочтительность того или иного подхода зависит от конкретного приложения (можно использовать модель обмена сообщениями поверх механизма, оперирующего байтовыми потоками; для этого подойдут символы-разделители, сообщения фиксированной длины или заголовки сообщений, в которых содержится их общая длина; см. раздел 44.8).

• Отличительной чертой очередей сообщений System V и POSIX (по сравнению с другими механизмами передачи данных) является то, что сообщения могут быть доставлены не в том порядке, в котором их отправляли. Это достигается за счет назначения различных числовых приоритетов.

• Каналы, очереди FIFO и сокеты реализованы в виде файловых дескрипторов. Все эти IPC-механизмы поддерживают целый ряд альтернативных моделей ввода/вывода, которые будут описаны в главе 59: мультиплексированный ввод/вывод (системные вызовы select() и poll()), ввод/вывод, основанный на сигналах, и программный интерфейс epoll (только в Linux). Основное преимущество этих методик таково: они позволяют приложению отслеживать одновременно несколько файловых дескрипторов, чтобы понять, возможен ли ввод/вывод на каком-либо из них. Для сравнения, в System V очереди сообщений не используют файловые дескрипторы и не поддерживают указанные методики.

В Linux очереди POSIX-сообщений тоже реализованы в виде файловых дескрипторов и поддерживают альтернативные методики ввода/вывода, описанные выше. Однако такое поведение не описано в стандарте SUSv3 и не поддерживается в большинстве реализаций.

• Очереди POSIX-сообщений предоставляют механизм оповещений, который может послать процессу сигнал или создать новый поток выполнения в ответ на появление сообщения в пустой очереди.

• Сокеты доменов UNIX позволяют передавать файловый дескриптор между процессами. Благодаря этому один процесс может открыть файл и сделать его доступным для другого процесса, который в противном случае не мог бы обратиться к данному файлу. Эта возможность кратко описывается в подразделе 57.13.3.

• UDP-сокеты (датаграммы интернет-домена) позволяют отправителю передавать сообщения определенной (мультивещание) или произвольной (широковещание) группе получателей. Эта возможность будет кратко описана в разделе 57.12.

Что касается механизмов синхронизации процессов, необходимо отметить следующее.

• Блокировки записей, установленные с помощью вызова fcntl(), принадлежат процессу, их установившему. Эта принадлежность используется ядром для обнаружения взаимных блокировок (ситуации, в которой два или больше процесса удерживают блокировки и не дают друг другу получить доступ к нужным ресурсам). Если взаимные блокировки все же происходят, ядро сигнализирует об этом, отклоняя запрос на блокировку одного из процессов и возвращая ошибку из вызова fcntl(). В System V и POSIX семафоры не поддерживают принцип владения, поэтому для них не действует механизм обнаружения взаимных блокировок.

• Блокировки записей, установленные с использованием вызова fcntl(), автоматически снимаются при завершении процесса, владеющего блокировкой. POSIX-семафоры не предоставляют аналогичную возможность.

Сетевое взаимодействие

Из всех IPC-механизмов, представленных на рис. 43.1, только сокеты позволяют процессам взаимодействовать по сети. Они обычно применяются в доменах: либо в UNIX, обеспечивающем общение между процессами в рамках одной системы, либо в интернет-домене, который дает возможность процессам, находящимся на разных компьютерах, взаимодействовать по сети TCP/IP. Для перехода от UNIX- к интернет-доменам обычно требуются минимальные изменения, поэтому в приложения, использующие домены UNIX, можно относительно легко добавить поддержку сети.

Портируемость