UNIX folyamatok kommunikációja

BME MIT

Operációs rendszerek

2013. tavasz

UNIX folyamatok kommunikációja kiegészítő fóliák az előadásokhoz

Mészáros Tamás http://www.mit.bme.hu/~meszaros/

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

UNIX folyamatok kommunikációja

1 / 21

BME MIT


2013. tavasz

Az előző részekben történt... • A kernel – – – –

felügyeli a folyamatokat, menedzseli az erőforrásokat elkülöníti egymástól a folyamatokat (mindenkinek saját virtuális gép) réteges, moduláris felépítésű a folyamatok a kernellel rendszerhívásokon keresztül kommunikálnak

• A folyamatok – a felhasználói programok futás alatt álló példányai – UNIX alatt szülő-gyerek kapcsolatban állnak egymással

• A kommunikáció elmélete – közös memórián keresztül, üzenetekkel, távoli eljáráshívás (RPC) – erőforrások védelme, kritikus szakasz, szemafor – blokkoló (szinkron), nem blokkoló (aszinkron)


2 / 21

BME MIT


2013. tavasz

UNIX folyamatok kommunikációja: példák • Folyamatok kimenetének lapozása, átalakítása, feldolgozása ps -ef | more ps -ef | wc -l ps -ef | cut -d \ -f 1 | sort | uniq | wc -l

– a „|” jel a csővezetéket jelenti: az első parancs (folyamat) kimenetét a második parancs (folyamat) bemenetére irányítjuk.

• Független folyamatok kommunikációja prw-rw-r-- 1 demo demo 8 márc 26 10:46 /tmp/named_pipe

– A „p” jel egy speciális csővezetéket jelöl.

• Jelzések a folyamatoknak CTRL + C

CTRL + Z

kill <SIG>

– Folyamat leállítása, felfüggesztése – Értesítése eseményről (pl. gyerek folyamat leállt, lásd zombi állapot)

• Alkalmazásfejlesztés: adatcsere, szinkronizáció – Rendszerhívások és példaprogramok az előadás későbbi részében UNIX folyamatok kommunikációja

3 / 21

BME MIT


2013. tavasz

UNIX folyamatok kommunikációja: példák (2) • Beérkező levelek spam és vírusszűrése srw-r--r-srwxr-xr-x

1 clamav clamav 0 Nov 27 11:38 /var/clamav/clmilter.socket 1 sa-milt sa-milt 0 Nov 27 11:38 /var/run/spamass-milter/spamass-milter.sock

– Az „s” betű a sor elején egy ún. socket azonosítót jelöl, amely mögött egy „hálózati” kommunikációs csatorna húzódik meg.

• Adatbázis-kezelők osztott memória használata – Sok folyamattal dolgoznak párhuzamosan: egyszerű és gyors kommunikációra van szükség. – Tipikus használati célok: • statikus adatstruktúrák • zárolás • adatpufferek

– Megfelelően be kell állítani az adatbázis-kezelő telepítése során Nem ritka, hogy a fizikai memória felét ajánlják lefoglalni ilyen célra.

– Lásd: Oracle System Global Area http://docs.oracle.com/cd/B19306_01/server.102/b14220/memory.htm

• További egyszerű példák: Speaking UNIX: !$#@*% UNIX folyamatok kommunikációja

4 / 21

BME MIT


2013. tavasz

A kommunikáció (alap)csatornái – az előadás témája • Jelzések – események keltése és kezelése

• Csővezetékek – FIFO kommunikáció a „rokonságon” belül és kívül

• Szemaforok • Üzenetsorok – diszkrét, típusos üzenetek folyamatok között

• Osztott memória – azonos fizikai memóriaterület használata több folyamatban

• „hálózati” (socket) kommunikáció • Távoli eljáráshívás (Sun RPC) UNIX folyamatok kommunikációja

5 / 21

BME MIT


2013. tavasz

UNIX jelzések • Cél: egy folyamat (vagy folyamatcsoport) – értesítése a kernelben, más folyamatokban, valamint önmagában bekövetkezett eseményekről – szinkronizálása más folyamatokhoz (kezdetben, ma van jobb megoldás)

• Jelzés típusa (SIGINT, SIGCHLD, SIGKILL, … lásd: kill –l) – rendszer: kivételek (pl. hibák), kvóta, riasztás, értesítés (egy gyerek leállt) – felhasználói: emberek (ctrl + c, ctrl + z), folyamatok (tetszőleges céllal)

• A működés áttekintése – jelzést keltése (rendszerhívás vagy valamilyen esemény bekövetkezése) – a kernel értesíti a címzetteket a jelzésről – a címzett egy jelzéskezelő eljárásában fogadja a jelzést

• Problémák a megvalósítással – a keltés és a kézbesítés időben szétválik (akár elég messze is) – sokféle implementáció, némelyik nem túl megbízható (elveszhet jelzés) UNIX folyamatok kommunikációja

6 / 21

BME MIT


2013. tavasz

Jelzések keltése és kezelése • Jelzések keltése (folyamat által) #include <signal.h> kill(pid, SIGUSR1);

/* kill() */ /* jelzés küldése */

• Jelzések kezelése – többféle kezelési eljárás lehetséges, bizonyos keretek között állítható • • • • •

Core: core dump és leállítás (exit()) Term: leállítás (exit()) Ign: figyelmen kívül hagyás Stop: felfüggesztés Cont: visszatérés a felfüggesztett állapotból (vagy ignore)

– az alkalmazás saját kezelőfüggvényt is megadhat signal(SIGALRM, alarm); /* kezelőfüggvény beállítása */ void alarm(int signum) { ... } /* a kezelőfüggvény */

– a jelzés típusától függ, hogy a fentiek közül mi az alapértelmezett, illetve minek a beállítása engedélyezett • pl. a SIGKILL nem hagyható figyelmen kívül és nem definiálható rá jelzéskezelő függvény UNIX folyamatok kommunikációja

7 / 21

BME MIT


2013. tavasz

UNIX jelzések: példák #include <signal.h>

/* signal(), kill() */

#include

/* getpid() */

#include <sys/types.h>

/* pid_t */

pid_t pid = getpid();

/* saját PID */

kill(pid, SIGSTOP);

/* STOP jelzés küldése */

Ekvivalens parancssori utasítás: kill -STOP signal(SIGCLD, SIG_IGN);

/* nem foglalkozunk a gyerekekkel */

signal(SIGINT, SIG_IGN);

/* nem foglalkozunk a ctrl+c jelzéssel */

signal(SIGINT, SIG_DFL);

/* alapértelmezett kezelő beállítása */

signal(SIGALRM, alarm); /* jelzéskezelő függvény beállítása */ void alarm(int signum) { ... } /* az eljárás */ alarm(30); /* alkalmazás: ALARM jelzés 30mp múlva */


8 / 21

BME MIT


2013. tavasz

man -s 7 signal (részlet) Signal

Value

Action

Comment

────────────────────────────────────────────────────────────────────── SIGHUP

1

Term

Hangup detected on controlling terminal or death of controlling process

SIGINT

2

Term

Interrupt from keyboard

SIGQUIT

3

Core

Quit from keyboard

SIGILL

4

Core

Illegal Instruction

SIGABRT

6

Core

Abort signal from abort(3)

SIGFPE

8

Core

Floating point exception

SIGKILL

9

Term

Kill signal

SIGSEGV

11

Core

Invalid memory reference

SIGPIPE

13

Term

Broken pipe: write to pipe with no readers

SIGALRM

14

Term

Timer signal from alarm(2)

SIGTERM

15

Term

Termination signal

SIGUSR1

30,10,16

Term

User-defined signal 1

SIGUSR2

31,12,17

Term

User-defined signal 2

SIGCHLD

20,17,18

Ign

Child stopped or terminated

SIGCONT

19,18,25

Cont

Continue if stopped

SIGSTOP

17,19,23

Stop

Stop process

SIGTSTP

18,20,24

Stop

Stop typed at tty

SIGTTIN

21,21,26

Stop

tty input for background process

SIGTTOU

22,22,27

Stop

tty output for background process


9 / 21

BME MIT


2013. tavasz

UNIX csővezetékek: pipe() • Cél: folyamatok közötti adatátvitel ( ls -la | more) • Jellemzők – – – –

csak szülő-gyerek (leszármazott, testvér) viszonylatban adatfolyam (nincs üzenethatár, tipizálás) egyirányú adatfolyam (író → olvasó) (több író és olvasó is lehet!) limitált kapacitás: pl. 4k (Linux < 2.6.11), 65k (Linux >= 2.6.11)

• A megvalósítás – – – –

egy folyamat létrehoz egy csővezetéket (pipe()) a kernel létrehozza az adatstruktúrákat és olvasási/írási leírókat ad vissza (a folyamat továbbadja a leírókat a gyerekeinek) a leírók segítségével kommunikálnak a folyamatok (read(), write())

• Korlátok, problémák – nincs címzés, tipizálás, üzenethatár – csak a „rokonságban” működik UNIX folyamatok kommunikációja

10 / 21

BME MIT


2013. tavasz

UNIX elnevezett csővezetékek (named pipe, FIFO) • Az egyszerű csővezetékek legkomolyabb problémájának megoldása – független folyamatok kommunikációja – avagy egy már létező csővezeték elérése egy másik folyamat által

• Jellemzők – – – –

nem csak szülő-gyerek viszonylatban alkalmazható ugyanúgy működik, mint a csővezeték a létrehozás a fájlrendszer segítségével történik (mkfifo, mknod) lehetséges a kétirányú kommunikáció (megnyitás olvasásra és írásra)

• Példa: kommunikáció az init folyamattal – a fájlrendszerben látható a csővezeték: prw-------

1 root root 0 Jan

1 12:38 /dev/initctl

(a fájlrendszerrel kapcsolatos részletek később) – További példák: Introduction to Named Pipes UNIX folyamatok kommunikációja

11 / 21

BME MIT


2013. tavasz

UNIX System V IPC • Cél: folyamatok közötti „szabványos”, egységes kommunikáció – adatátvitel – szinkronizáció

• Közös alapok (fogalmak) – – – –

erőforrás: a kommunikáció eszköze (l. lentebb) kulcs: azonosító az erőforrás eléréséhez (egy 32 bites szám) közös kezelőfüggvények: *ctl(), *get( … kulcs …) jogosultsági rendszer: • létrehozó, tulajdonos és csoportjaik • a szokásos hozzáférés-szabályozási rendszer (felhasználó, csoport, mások)

• Erőforrások – szemaforok – üzenetsorok – osztott memória UNIX folyamatok kommunikációja

bővebb infó: man svipc ipc ipcs

12 / 21

BME MIT


2013. tavasz

UNIX System V IPC: szemaforok • Cél: folyamatok közötti szinkronizáció – P() és V() operátorok – szemaforcsoportok kezelése

• Használat sem_id = semget(kulcs, szám, opciók); – adott számú szemaforhoz nyújt hozzáférést (adott kulccsal és opciókkal) (a tényleges létrehozás és az egyszerű hivatkozás az opciókban válik szét)

– az ops struktúrában leírt műveletek végrehajtása (részletek: man semop): status = semop(sem_id, ops, ops_méret); – egyszerre több művelet, több szemaforon is végrehajtható – blokkoló és nem blokkoló P() operáció is lehetséges – egyszerű tranzakciókezelésre is van lehetőség


13 / 21

BME MIT


2013. tavasz

UNIX System V IPC: üzenetsorok • Cél: folyamatok közötti adatátvitel – diszkrét, tipizált üzenetek – nincs címzés, üzenetszórás

• Használat msgq_id = msgget(kulcs, opciók); – adott kulcsú üzenetsorhoz nyújt hozzáférést (adott opciókkal) (a tényleges létrehozás és az egyszerű hivatkozás az opciókban válik szét)

– üzenetküldés (az msg tartalmaz egy típus azonosítót is): msgsnd(msgq_id, msg, méret, opciók); – vétel:

msgrcv(msgq_id, msg, méret, típus, opciók);

– a típus (egész szám) beállításával szűrést valósíthatunk meg = 0 a következő üzenet (tetszőleges típusú) > 0 a következő adott típusú üzenet < 0 a következő üzenet, amelynek a típusa kisebb vagy egyenlő UNIX folyamatok kommunikációja

14 / 21

BME MIT


2013. tavasz

UNIX System V IPC: osztott memória • Cél: folyamatok közötti egyszerű és gyors adatátvitel – a kernel helyett közvetlen adatátviteli csatorna (osztott memória régió) – a fizikai memória elkülönített része, amely közösen használható

• Használat shm_id = shmget(kulcs, méret, opciók); – adott kulcsú osztott nyújt hozzáférést (adott opciókkal) (a tényleges létrehozás és az egyszerű hivatkozás az opciókban válik szét)

– hozzárendelés saját virtuális címtartományhoz: változó = (típus) shmat(...); az adott változót hozzákötjük a visszakapott címhez

– lecsatolás: shmdt(cím); – a kölcsönös kizárást meg kell valósítani (pl. szemaforokkal)

• A fájlrendszerekkel foglalkozó órán: fájlok osztott memóriás elérése UNIX folyamatok kommunikációja

15 / 21

BME MIT


2013. tavasz

UNIX „hálózati” (socket) kommunikáció • Cél: címzéssel és protokollokkal támogatott adatátvitel – – – –

tetszőleges folyamatok között kliens – szerver architektúrában többféle célra (folyamatok közötti és gépek közötti hálózati komm.) sokféle protokollt támogat többféle címzés

• Fogalmak – hálózati csatoló avagy azonosító (socket): a kommunikáció végpontja – IP cím és portszám (l. hálózatok)

• Használat

sfd = socket(domén, típus, protokoll); szerver: bind(sfd, cím, ...); kliens: connect(sfd, cím, ...); szerver: listen(sfd, sor_mérete); szerver: accept(sfd, cím, ...); send(sfd, üzenet, ...); recv(sfd, üzenet, ...); shutdown(sfd);


16 / 21

BME MIT


2013. tavasz

Kliens és szerver programok váza Kliens program

Szerver program

socket()

sfd1 = socket() bind(sfd1) listen(sfd1) while sfd2 = accept(sfd1) fork() szülő: vissza a ciklusba gyerek: recv(sfd2) send(sfd2) close(sfd2) exit()

connect()

send() recv() close()


17 / 21

BME MIT


2013. tavasz

(Sun) RPC (távoli eljáráshívás) • A socket kommunikációra épülő „elosztott rendszer” infrastruktúra • Cél: – folyamatok közötti magas szintű kommunikáció – távoli eljárások meghívása (másik folyamatban, akár másik gépen) – programozói támogatás: interfész leírás + programgenerálás

• Fogalmak – – – –

RPC nyelv: a hívható eljárások és típusaik (interfész) leírása azonosítók: a leírásban megadott egyedi számok (program, eljárás) rpcgen: a leírásból C programkódot generáló program portmapper: a programazonosítók és a hálózati portok összerendelése

• A Sun RPC technológia részei – interfész leírás – programgenerátor – kommunikációs infrastruktúra (protokoll, szoftver) UNIX folyamatok kommunikációja

18 / 21

BME MIT


2013. tavasz

RPC interfész leírás és programgenerátor • RPC nyelv (példa: date.x) program DATE_PROG { version DATE_VERS { long BIN_DATE(void) = 1; string STR_DATE(long) = 2; } = 1; } = 0x31234567;

/* /* /* /*

eljárás azon. = 1 */ eljárás azon. = 2 */ verziószám = 1 */ program azon. = 0x31234567 */

• Kódgenerátor: rpcgen – rpcgen date.x eredményei • • • •

date.h: adattípusok deklarációja date_clnt.c: a kliens kódjában felhasználható date_... függvények date_srv.c: a szerver date implementációját meghívó függvények (…)


19 / 21

BME MIT


2013. tavasz

Összefoglalás: hogyan válasszak? • (Implementációs kötöttségek: programozási nyelv, környezet, stb.) • A kommunikáció végpontjai szerint: – számítógépen belül: mindegyik, RPC esetleg nem – számítógépek között: socket, RPC, hálózati diszkeken fájlon keresztül is

• A kommunikáció jellege: – – – – –

értesítés eseményekről: jelzések (SIGUSR1) szinkronizálás: szemaforok adatfolyam (pl.: csővezeték, socket) vs. diszkrét üzenetek (üzenetsorok) üzenettípusok, szűrés? (üzenetsorok) adatmennyiség (osztott memória: kicsi, csővezeték: közepes, socket: nagy)

• Teljesítmény – gyorsak: osztott memória, csővezeték, socket (PF_UNIX) – korlátos méret: osztott memória

• Kényelem – RPC, osztott memória (szemaforok?)

• Programozási példák: http://beej.us/guide/bgipc/ UNIX folyamatok kommunikációja

20 / 21

BME MIT


2013. tavasz

Összefoglalás: a folyamatok közötti kommunikáció • Klasszikus kommunikációs formák – Jelzések (signal) – Csővezetékek (pipe) – FIFO (elnevezett csővezeték, named pipe)

• System V IPC: egységes kommunikációs keretrendszer – Szemaforok – Üzenetsorok – Osztott memória

• (nem csak) Hálózati kommunikáció – hálózati csatoló (socket) kommunikáció – Sun RPC – távoli eljáráshívás UNIX módra

• Szabványok – IEEE Posix, System V, BSD

• További lehetőségek – teljesítmény (rendszerhívások, fájl absztrakció eliminálása), pl. MegaPipe – alk. környezet, szolgáltatások (CORBA, DCOM, SOAP, REST, stb.) UNIX folyamatok kommunikációja

21 / 21

UNIX folyamatok kommunikációja

Recommend Documents