QNX/UNIX: Анатомия параллелизма

Модель обмена сообщениями — это тот фундамент, на котором стоит архитектура любой микроядерной ОС, как на трех китах: SEND — RECEIVE — REPLY. Обмен сообщениями микроядра построен на трех группах вызовов native API QNX (рис. 5.1):

1.  Принять сообщение. Процесс [38], являющийся сервером некоторой услуги, выполняет вызов группы MsgReceive*() [39], фактически сообщая этим о готовности обслуживать запрос клиента, и переходит при этом в блокированное состояние со статусом RECEIVE, ожидая прихода клиентского запроса.

2.  Послать сообщение. Клиентский процесс запрашивает эту услугу, посылая сообщение вызовом MsgSend*(), и переходит в блокированное состояние со статусом SEND. Переход осуществляется обычно на очень короткое время, пока сервер не примет его сообщение и не начнет обработку. Как только сервер принимает посланное сообщение, он разблокируется и меняет статус с RECEIVE на READY. Сервер начинает обработку полученного сообщения, а статус блокировки клиентского процесса меняется на REPLY.

3.  Ответить на полученное сообщение. Завершив обработку полученного на предыдущем шаге сообщения, сервер выполняет вызов группы MsgReply*()для передачи запрошенного результата ожидающему клиенту. После этого вызова клиент, блокированный на вызове MsgSend*()со статусом REPLY, разблокируется (переходит в состояние READY). После выполнения MsgReply*()сервер также переходит в состояние READY. Однако чаще всего сервер снова входит в блокированное состояние на вызове MsgReceive*(), поскольку его работа организована как бесконечный цикл.

Рис. 5.1. Обмен сообщениями микроядра и менеджер ресурсов

Уже из этого поверхностного описания понятно, что передача сообщений микроядра — это не только средство взаимодействия процессов с обменом данными, но и крайне гибкая система синхронизации всех участников взаимодействия.

Могут возникнуть вопросы: Это один из низкоуровневых механизмов (существуют ли другие нативные механизмы?), на которых базируется ОС QNX? Какое это может иметь отношение к взаимодействиям на уровне POSIX API? Самое прямое! Все традиционные вызовы POSIX ( open(), read(), … и все другие) реализованы в ОС QNX как обмен сообщениями, который только «камуфлируется» под стандарты техникой использования менеджеров ресурсов, о которых разговор еще впереди.

Технология обмена сообщениями микроядра хорошо описана [1] и требует для своего понимания и освоения тщательного изучения. В этой же главе, посвященной совершенно другим предметам, мы не будем детально описывать эту технологию.

Остановимся только на одном обстоятельстве: адресат получателя, которому направляется каждое сообщение, определяется при начальном установлении идентификатора соединения (coid — connect ID) вызовом:

#include

int ConnectAttach(int nd, pid_t Did, int chid,

 unsigned index, int flags);

Адрес назначения (сервера) в этом вызове определяется триадой {ND/PID/CHID}, где:

nd— идентификатор сетевого узла. Мы не станем углубляться в идентификацию сетевых узлов сети QNET. Возьмем на заметку лишь тот факт, что обмен сообщениями с одинаковой легкостью осуществляется как с процессом на локальном узле (nd = 0), так и на любом другом сетевом узле.

pid— PID процесса-сервера, с которым производится соединение.

chid— идентификатор канала, который открыл процесс с указанным PID, выполнив предварительно ChannelCreate(), и к которому устанавливается соединение вызовом ConnectAttach().

Выше мы неоднократно отмечали, что с процессом как с пассивной субстанцией, вообще говоря, невозможно обмениваться сообщениями. Хотя в адресной триаде обмена фигурирует именно PID процесса! Это обстоятельство не меняет положения вещей: именно адресная компонента CHID и определяет тот поток (часто это может быть главный поток приложения), с которым будет осуществляться обмен сообщениями, a PID определяет то адресное пространство процесса, в которое направляется сообщение, адресованное CHID.

Детальнее это выглядит так: в коде сервера именно тот поток, который выполнит MsgReceive*(chid, ...), и будет заблокирован в ожидании запроса от клиента MsgSend*(). Аналогично и в коде клиента вся последовательность выполнения блокировок, обозначенная выше, будет относиться именно к потоку, выполняющему последовательные операции:

coid = ConnectAttach(... , chid, ...);

MsgSend*(coid, ...);