Система межпроцессного взаимодействия IPC

Система IPC – альтернатива именованным каналам. Позволяет организовывать работу именованных каналов в произвольные моменты времени.

Состав:

- Очереди сообщений

- Семафоры

- Разделяемая память

Общие концепции

Для каждого разделяемого ресурса используется «уникальная» система именования. Существует код, идентифицирующий конкретный разделяемый ресурс. Для работы с этим ресурсам необходимо знать этот код.

Каждый IPCресурс обладает набором атрибутов:

- Владельца ресурса (идентификатор процесса, создавшего ресурс, хотя процесс может делегировать ресурс другим процессам)

- Права доступа

Для всех средств IPC приняты общие правила именования объектов, позволяющие процессу получить доступ к такому объекту. Для именования объекта IPC используется ключ, представляющий собой целое число. Ключи являются уникальными во всей UNIX-системе идентификаторами объектов IPC, и зная ключ для некоторого объекта, процесс может получить к нему доступ. При этом процессу возвращается дескриптор объекта, который в дальнейшем используется для всех операций с ним. Проведя аналогию с файловой системой, можно сказать, что ключ аналогичен имени файла, а получаемый по ключу дескриптор – файловому дескриптору, получаемому во время операции открытия файла. Ключ для каждого объекта IPC задается в момент его создания тем процессом, который его порождает, а все процессы, желающие получить в дальнейшем доступ к этому объекту, должны указывать тот же самый ключ.

Для именования ресурсов IPC используется уникальные ключи. Для каждого из разделяемых ресурсов.

Генерация ключей: функция ftok().

Все процессы, которые хотят работать с одним и тем же IPC-ресурсом, должны знать некий целочисленный ключ, по которому можно получить к нему доступ.

Необходим механизм уникального именования ресурса, но вместе с тем нужно, чтобы этот механизм позволял всем процессам, желающим работать с одним ресурсом, получить одно и то же значение ключа.

Итак, все процессы, которые хотят работать с одним и тем же IPC-ресурсом, должны знать некий целочисленный ключ, по которому можно получить к нему доступ. В принципе, программист, пишущий программы для работы с разделяемым ресурсом, может просто жестко указать в программе некоторое константное значение ключа для именования разделяемого ресурса. Однако, возможна ситуация, когда к моменту запуска такой программы в системе уже существует разделяемый ресурс с таким значением ключа, и в виду того, что ключи должны быть уникальными во всей системе, попытка породить второй ресурс с таким же ключом закончится неудачей (подробнее этот момент будет рассмотрен ниже).

Для решения этой задачи служит функция ftok():

#include <sys/types.h>

#include<sys/ipc.h>

key_t ftok (char *filename, char proj)

Эта функция генерирует значение ключа по некоторой строке символов и добавочному символу, передаваемым в качестве параметров. Гарантируется, что полученное таким образом значение будет отличаться от всех других значений, сгенерированных функцией ftok() с другими значениями параметров, и в то же время, при повторном запуске ftok() с теми же параметрами, будет получено то же самое значение ключа.

Смысл второго аргумента функции ftok() – добавочного символа – в том, что он позволяет генерировать разные значения ключа по одному и тому же значению первого параметра – строки. Это позволяет программисту поддерживать несколько версий своей программы, которые будут использовать одну и ту же строку, но разные добавочные символы для генерации ключа, и тем самым получат возможность в рамках одной системы работать с разными разделяемыми ресурсами.

Следует заметить, что функция ftok() не является системным вызовом, а предоставляется библиотекой.

Для создания разделяемого ресурса с заданным ключом, либо подключения к уже существующему ресурсу с таким ключом используются ряд системных вызовов, имеющих общий суффикс get. Общими параметрами для всех этих вызовов являются ключ и флаги. В качестве значения ключа при создании любого IPC-объекта может быть указано значение IPC_PRIVATE. При этом создается ресурс, который будет доступен только породившему его процессу. Такие ресурсы обычно порождаются родительским процессом, который затем сохраняет полученный дескриптор в некоторой переменной и порождает своих потомков. Т.к. потомкам доступен уже готовый дескриптор созданного объекта, они могут непосредственно работать с ним, не обращаясь предварительно к «get»- методу. Таким образом, созданный ресурс может совместно использоваться родительским и порожденными процессами. Однако, важно понимать, что если один из этих процессов повторно вызовет «get»- метод с ключом IPC_PRIVATE, в результате будет получен другой, совершенно новый разделяемый ресурс, т.к. при обращении к «get»- методу с ключом IPC_PRIVATE всякий раз создается новый объект нужного типа.

Если при обращении к «get»- методу указан ключ, отличный от IPC_PRIVATE, происходит следующее:

 Происходит поиск объекта с заданным ключом среди уже существующих объектов нужного типа. Если объект с указанным ключом не найден, и среди флагов указан флаг IPC_CREAT, будет создан новый объект. При этом значение параметра флагов должно содержать побитовое сложение флага IPC_CREAT и константы, указывающей права доступа для вновь создаваемого объекта.

 Если объект с заданным ключом не найден, и среди переданных флагов отсутствует флаг IPC_CREAT, «get»- метод вернет –1, а в переменной errno будет установлено значение ENOENT

 Если объект с заданным ключом найден среди существующих, «get»- метод вернет дескриптор для этого существующего объекта, т.е. фактически, в этом случае происходит подключение к уже существующему объекту по заданному ключу. Если процесс ожидал создания нового объекта по указанному ключу, то для него такое поведение может оказаться нежелательным, т.к. это будет означать, что в результате случайного совпадения ключей (например, если процесс не использовал функцию ftok()) он подключился к чужому ресурсу. Чтобы избежать такой ситуации, следует указать в параметре флагов наряду с флагом IPC_CREAT и правами доступа еще и флаг IPC_EXCL – в этом случае «get»- метод вернет -1, если объект с таким ключом уже существует (переменная errno будет установлена в значение EEXIST)

Следует отметить, что при подключении к уже существующему объекту дополнительно проверяются права доступа к нему. В случае, если процесс, запросивший доступ к объекту, не имеет на то прав, «get»- метод вернет –1, а в переменной errno будет установлено значение EACCESS

Нужно заметить, что для каждого типа объектов IPC существует некое ограничение на максимально возможное количество одновременно существующих в системе объектов данного типа. Если при попытке создания нового объекта окажется, что указанное ограничение превышено, «get»- метод, совершавший попытку создания объекта, вернет -1, а в переменной errno будет указано значение ENOSPC.

Отметим, что даже если ни один процесс не подключен к разделяемому ресурсу, система не удаляет его автоматически. Удаление объектов IPC является обязанностью одного из работающих с ним процессов и для этого определена специальная функция. Для этого системой предоставляются соответствующие функции по управлению объектами System V IPC.