Операционная система UNIX

	Каналы	FIFO	Сообщения	Разделяемая память	Сокеты (домен UNIX)
Пространство имен	—	Имя файла	Ключ	Ключ	Имя файла
Объект	Системный канал	Именованный канал	Очередь сообщений	Разделяемая область памяти	Коммуникационный узел
Создание объекта	pipe	mknod	msgget	shmget	socket
Связывание	pipe	open	msgget	shmat	bind connect
Передача данных	read write	read write	msgrcv msgsnd	Непосредственный доступ memcpy	read write recv send recvfrom sendto
Уничтожение	close	close unlink	msgctl	shmdt	close unlink

Если говорить о производительности IPC, то наиболее быстрым способом передачи данных между неродственными процессами является разделяемая память. Разделяемая память является частью адресного пространства для каждого из взаимодействующих процессов, поэтому чтение и запись в эту область неотличимы, например, от чтения и записи в область собственных данных процесса. Однако при использовании разделяемой памяти необходимо обеспечить синхронизацию процессов. При использовании семафоров, необходимо иметь в виду следующие обстоятельства:

 Применение семафоров может увеличить число процессов в очереди на выполнение, поскольку несколько процессов, ожидающих разрешающего сигнала семафора, будут одновременно разбужены и переведены в очередь на выполнение.

 Применение семафоров увеличивает число переключений контекста, что, в свою очередь, увеличивает нагрузку на систему.

 В то же время, использование семафоров является наиболее стандартным (POSIX.1b), хотя и неэффективным способом обеспечения синхронизации.

Очереди сообщений предназначены для обмена короткими (обычно менее 1 Кбайт) структурами данных. Если объем данных превышает эту величину, использование сообщений может значительно увеличить число системных вызовов и уменьшить производительность операционной системы.

Интенсивность межпроцессного взаимодействия в системе можно определить с помощью команды sar -m. Вывод команды показывает число использования объектов IPC в секунду:

17:47:53 msg/s sema/s

17:47:58  0.20  20.00

17:48:03  0.60  12.20

17:48:08  2.20  10.40

17:48:13  0.80  25.10

17:48:18  0.00  15.60

Average   0.76  16.66

Заключение

В этой главе начато обсуждение внутренней архитектуры ядра UNIX, которое будет продолжено в следующих главах. Поскольку процессы являются движущей силой операционной системы, мы начали обсуждение именно с этого вопроса. Действительно, не считая нескольких системных процессов, являющихся частью ядра и выполняющих узкосистемные функции, основная работа операционной системы происходит по запросам и в контексте прикладных процессов.

В главе обсуждается, каким образом прикладной процесс взаимодействует с ядром операционной системы, как происходит справедливое распределение системных ресурсов между задачами, и тем самым обеспечивается многозадачность UNIX. Также рассматриваются принципы организации виртуальной памяти, когда каждый процесс имеет независимое адресное пространство, размер которого в ряде случаев значительно превышает объем оперативной памяти компьютера. Наконец, здесь представлены структуры данных ядра, связанные с управлением процессами и памятью.

Глава 4 Файловая подсистема

Большинство данных в операционной системе UNIX хранится в файлах, организованных в виде дерева и расположенных на некотором носителе данных. Обычно это локальный (т. е. расположенный на том же компьютере, что и сама операционная система) жесткий диск, хотя специальный тип файловой системы — NFS (Network File System) обеспечивает хранение файлов на удаленном компьютере. Файловая система также может располагаться на CD-ROM, дискетах и других типах носителей, однако для простоты изложения сначала мы рассмотрим традиционную файловую систему UNIX, расположенную на обычном жестком диске компьютера.

Исконной файловой системой UNIX System V является s5fs. Файловая система, разработанная в Беркли, FFS, появилась позже, в версии 4.2 BSD UNIX. По сравнению с s5fs она обладает лучшей производительностью, функциональностью и надежностью. Файловые системы современных версий UNIX имеют весьма сложную архитектуру, различную для разных версий. Несмотря на это все они используют базовые идеи, заложенные разработчиками UNIX в AT&T и Калифорнийском университете в Беркли. Поэтому мы проиллюстрируем основные принципы организации файловой системы UNIX на примере базовых систем System V (s5fs) и BSD (FFS), которые, кстати, и сегодня поддерживаются в большинстве версий UNIX.