Linux API. Исчерпывающее руководство

В разделе 24.5 мы объяснили, как, используя сигналы, можно синхронизировать действия родительского и дочернего процессов, чтобы избежать состояния гонки. Как показано в прототипе программы из листинга 44.3, каналы можно применять для достижения тех же результатов. Данная программа создает несколько дочерних процессов (по одному для каждого аргумента командной строки), каждый из которых должен завершить какое-то действие (для его симуляции мы временно приостанавливаем выполнение с помощью вызова sleep()). Родитель ждет, когда все его потомки завершат свои действия.

Для выполнения синхронизации родитель, прежде чем создавать потомков , открывает канал . Каждый потомок наследует файловый дескриптор для записывающего конца канала и закрывает его, как только завершит действие . Когда все потомки закроют дескрипторы, вызов read(), сделанный родителем , завершится, возвратив символ конца файла (0). После этого родитель может начать выполнять другую работу (обратите внимание: для корректной работы данной методики родительский процесс обязательно должен закрыть записывающий конец канала , который он не использует; в противном случае при попытке чтения из канала он будет заблокирован навсегда).

Пример вывода, показанный ниже, можно увидеть, если запустить программу из листинга 44.3 с тремя дочерними процессами, которые приостанавливаются на 4, 2 и 6 секунд соответственно:

$ ./pipe_sync 4 2 6

08:22:16 Parent started

08:22:18 Child 2 (PID=2445) closing pipe

08:22:20 Child 1 (PID=2444) closing pipe

08:22:22 Child 3 (PID=2446) closing pipe

08:22:22 Parent ready to go

Листинг 44.3. Использование канала для синхронизации нескольких процессов

pipes/pipe_sync.c

#include "curr_time.h" /* Определение currTime() */

#include "tlpi_hdr.h"

int

main(int argc, char *argv[])

{

int pfd[2]; /* Канал для синхронизации процессов */

int j, dummy;

if (argc < 2 || strcmp(argv[1], " — help") == 0)

usageErr("%s sleep-time…\n", argv[0]);

setbuf(stdout, NULL); /* Отключаем буферизацию стандартного вывода,

так как мы завершаем потомка с помощью _exit() */

printf("%s Parent started\n", currTime("%T"));

if (pipe(pfd) == -1)

errExit("pipe");

for (j = 1; j < argc; j++) {

 switch (fork()) {

case -1:

errExit("fork %d", j);

case 0: /* Потомок */

if (close(pfd[0]) == -1) /* Считывающий конец не используется */

errExit("close");

/* Потомок выполняет какую-то работу, после чего позволяет родителю его завершить */

sleep(getInt(argv[j], GN_NONNEG, "sleep-time"));

/* Симулируем работу */

printf("%s Child %d (PID=%ld) closing pipe\n",

currTime("%T"), j, (long) getpid());

 if (close(pfd[1]) == -1)

errExit("close");

/* Теперь потомок может заняться другими задачами… */

_exit(EXIT_SUCCESS);

default: /* Родитель входит в цикл, чтобы создать следующего потомка */

break;

}

}

/* Дойдя сюда, родитель закрывает записывающий конец канала,

чтобы мы могли обнаружить символ EOF */

if (close(pfd[1]) == -1) /* Записывающий конец не используется */

errExit("close");

/* Родитель может заняться другой работой, после чего синхронизируется с потомками */

if (read(pfd[0], &dummy, 1)!= 0)

fatal("parent didn't get EOF");

printf("%s Parent ready to go\n", currTime("%T"));

/* Родитель может приступить к выполнению других задач… */

exit(EXIT_SUCCESS);

}

pipes/pipe_sync.c

Синхронизация с помощью каналов имеет преимущество по сравнению с ранее представленным примером, в котором для этого используются сигналы: она позволяет координировать действия одного процесса с множеством других (родственных) процессов. Стандартные сигналы в данном случае не подходят, поскольку их нельзя поместить в очередь (с другой стороны, их можно транслировать всем членам группы процессов).

Существуют и другие способы синхронизации (например, задействуя несколько каналов). К тому же эту методику можно дополнить таким образом, чтобы вместо закрытия канала каждый потомок записывал в него сообщение с идентификатором процесса и какой-то информацией о своем состоянии. Как вариант, потомок может записывать в канал единственный байт. Родитель впоследствии мог бы сосчитать и проанализировать эти сообщения. Такой подход предохраняет от случайного завершения потомка, игнорируя закрытие канала вручную.

44.4. Использование каналов для соединения фильтров

При создании канала файловым дескрипторам, которые применяются на обоих его концах, назначаются наименьшие доступные номера. Поскольку дескрипторы 0, 1 и 2 обычно заняты, задействуют какие-то более высокие числа. Есть ли способ достичь ситуации, показанной на рис. 44.1, когда два фильтра (то есть программы, которые читают из стандартного ввода и записывают в стандартный вывод) соединены каналом так, чтобы стандартный вывод одной программы был направлен в канал, а стандартный ввод другой брался из канала? К тому же как этого добиться без изменения исходного кода самих фильтров?