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Departamento de Informática
Taller de Sistemas Operativos
Universidad Técnica Federico Santa María
Comunicación entre Procesos
Pipes y Sistema de IPC de System V
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A) Pipes
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Características
• Son el mecanismo más antiguo de IPC y lo
proveen todos los sistemas Unix
• Proveen canal unidireccional para flujo de datos
entre dos procesos
• Sólo puede ser usado entre procesos con un
antecesor común que crea la pipe (heredando
descriptores comunes).
write
Raúl Monge
read
V-3
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Función: pipe
#include <unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);
return: 0 si OK, -1 si existe error
• Devuelve dos descriptores:
– fildes[0] abierto para lectura
– filedes[1] abierto para escritura
• Buffering se realiza en el kernel
• Normalmente el proceso que llama pipe luego llama a fork
• Dependiendo de dirección de flujo cada proceso cierra uno
de los descriptores usando close
• Podrían existir múltiples lectores y escritores
Raúl Monge
V-4
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Ejemplo de Pipe
int main (void)
{
int
n, fd[2];
pid_t pid;
char
linea[MAXLINEA];
if (pipe(fd) < 0)
error_sys(“error en creación de pipe”);
if ( (pid =fork()) < 0)
error_sys(“error en el fork”);
else if {
// soy el papa
close (fd[0]); // papa no lee, sólo escribe
write(fd[1], “Hola mundo\n”);
} else {
// soy el hijo
close (fd[1]); // hijo sólo leerá
n = read(fd[0], linea, MAXLINEA);
write(STDOUT_FILENO, linea, n);
}
exit(0);
}
Raúl Monge
V-5
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Excepciones
• Si se intenta escribir en una pipe que no está
abierta para lectura, se genera la señal SIGPIPE.
– Se genera en errno el error EPIPE
• Si se lee de una pipe cerrada para escritura
después de leer todos los datos en el buffer, se
genera EOF.
• Si existen múltiples escritores, es posible que se
entremezclen los datos escritos por los diferentes
procesos (depende de tamaño del buffer).
Raúl Monge
V-6
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Redireccionamiento de una Pipe a
la E/S Estándar
• Necesario cuando procesos se conectan a
través de la E y S estándar.
• Conexión puede ser controlada por un
proceso sin modificar el código de
programa.
• Para hacerlo hay que cerrar el descriptor de
STDIN o STDOUT y llamar a dup o dup2.
Raúl Monge
V-7
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Ejemplo de Redireccionamiento
if ((pid = fork()) < 0) {
error_sys(“error en fork”);
} else if (pid == 0)
...
/* código del papa */
} else { /* es el hijo */
close (STDIN_FILENO);
/* se cierra entrada estándar */
if (dup2(fd[0],STDIN_FILENO) < 0)
error_sys(“error en dup2”);
close(fd[0]);
/* ahora entrada estándar se realiza
desde la salida de la pipe */
...
execv(...) /* se carga cualquier programa */
exit(1)
}
Raúl Monge
V-8
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FIFO o Pipe con Nombre
• Similares a una pipe, pero permiten
conectar procesos que no tienen ancestro
común que creó la pipe.
• Usa la estructura de nombres del sistema de
archivos
• Existen en el directorio como un archivo
especial de tipo FIFO.
Raúl Monge
V-9
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Función: mkfifo
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
return: 0 si OK, -1 si existe error
• Funciona similar la creación de un archivo con creat
• mode tiene igual función que en la función open
• Está sujeta al mismo sistema de control de acceso que un
archivo (usuario y grupo dueño).
• FIFO creado con mkfifo puede ser luego abierto por
cualquier proceso que tenga el permiso.
Raúl Monge
V-10
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Sistema de IPC de System V
Semáforos y Memoria Compartida
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Objetos de IPC de System V
• Semáforo. Usado para sincronizar los
procesos.
• Segmento de memoria compartida.
Permite que diferentes procesos mapean un
mismo segmento a su espacio de memoria.
• Cola de mensajes. Permite que procesos en
una máquina puedan enviar y recibir
mensajes (no lo veremos en el curso).
Raúl Monge
V-12
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Identificadores y Claves
• Cada objeto de IPC está asociado a una estructura
en el kernel que se referencia internamente por un
número entero no negativo denominado
identificador.
• El identificador puede cualquier número
• Al crear un objeto, se debe especificar una clave
de tipo key_t.que se convierte por el kernel en el
identificador para referenciar al objeto.
• Procesos que comparten un objeto deben conocer
la clave o identificador.
Raúl Monge
V-13
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Asignación de Clave
• Un objeto se crea normalmente por el servidor
usando función XXXget.
– Si clave es IPC_PRIVATE, el sistema crea un nuevo
objeto usando un identificador libre.
– Si se usa otro valor para clave, entonces se crea si esa
clave no está asociada con objeto existente.
• Función de creación devuelve el identificador del
objeto, usado referenciarlo en otras funciones.
– Si existe se produce un error.
Raúl Monge
V-14
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Compartición de un Objeto
• Servidor crea objeto con IPC_PRIVATE y
comunica identificador a otros procesos (e.g.
grabandolo en un archivo o lo pasa en variable de
ambiente a un descendiente)
• Procesos acuerdan usar la misma clave. Se
produce un problema si clave está ocupada.
• Usando función ftok para generar una clave a
partir de un nombre de ruta (pathname).
Raúl Monge
V-15
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Concepto de Semáforo
• Corresponde a un contador para control el acceso
a un objeto de datos compartido
• En el acceso se verifica el valor del semáforo
– Si es positivo, se decrementa y retorna la función
(operación P)
– Sino lo es, bloquea al proceso
• Al salir el semáforo se incrementa. Si existe un
proceso bloqueado se despierta uno de ellos.
• ?????
Raúl Monge
V-16
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Semáforos en System V
• Un semáforo tiene asociado un conjunto de
uno o más valores, que se especifican al
crearlo (semget).
• La creación es independiente de la
inicialización de los valores (semctl).
• Semáforos existen más allá de la vida de un
proceso, por lo tanto hay que preocuparse
de destruirlos cuando termina la aplicación.
Raúl Monge
V-17
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Función: semget
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key, int nsems, int flag);
return: ID del semáforo si OK, -1 si existe error
• Reglas de uso de clave e identificador ya fue explicado
• nsems especifica el número de semáforos (cliente puede
dejar valor en 0)
• flag permite controlar permisos de acceso y modo de
creación.
Raúl Monge
V-18
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Función: semctl
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
int semctl(int semid, int snum, int cmd, ... /* union semun arg */);
return: 0 si OK, -1 si existe error (excepto en comando GET y GETALL)
• Se especifica identificador y número del semáforo
• Con cmd se pueden especificar diferentes comandos (e.g.
GETVAL, SETVAL, IPC_RMID)
• Con arg se pueden especificar argumentos para el
comando.
Raúl Monge
V-19
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Función: semop
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops);
return: 0 si OK, -1 si existe error
• Se especifica identificador del semáforo (grupo)
• El arreglo semoparray es un arreglo de operaciones
• Estructura sembuf especifica la operación para cada
semáforo.
Raúl Monge
V-20
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Ejemplo de Semáforo (1/4)
class semaforo_t {
int
sid;
key_t key;
void semcall(int);
public:
semaforo_t (key_t);
void init(int);
void P(void) {semcall(-1);}
void V(void) {semcall(1);}
int remove(void);
};
Raúl Monge
V-21
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Ejemplo de Semáforo (2/4)
semaforo_t::semaforo_t (key_t k)
{
key = k;
if ( (sid = semget (k, 1, 0666 | IPC_CREAT)) < 0)
sys_err(“fallo semget”);
}
void semaforo_t::init (int val)
{
union semun
arg;
arg.val = val;
if ( (semctl(sid, 0, SETVAL, arg)) < 0)
sys_err(“fallo semctl”);
}
Raúl Monge
V-22
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Ejemplo de Semáforo (3/4)
void semaforo_t::semcall (int val)
{
struct sembuf sb;
sb.sem_num = 0;
sb.sem_op = val;
sb.sem_flg = 0;
if ((semop(sid, &sb, 1) < 0)
sys_err(“error en semop”);
}
Raúl Monge
V-23
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Ejemplo de Semáforo (4/4)
int semaforo_t::remove (void)
{
return semctl(sid, 0, IPC_RMID);
/* retorna 0 si OK, -1 si no éxito */
}
Raúl Monge
V-24
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Memoria Compartida
• Permite compartir una región de memoria
entre dos o más procesos.
• Es la forma de IPC más rápida
• Es necesario sincronizar el acceso para
mantener la consistencia de los datos
(normalmente se usan semáforos)
Raúl Monge
V-25
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Función: shmget
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key, int size, int flag);
return: ID del segmento si OK, -1 si existe error
• Reglas de uso de clave e identificador ya fue explicado
• Con size se especifica el tamaño mínimo en bytes del
segmento compartido (cliente puede especificar 0)
• Con flag se controla el permiso de acceso.
• Identificador de retorno se usa para referenciar en otras
funciones el segmento de memoria compartida.
Raúl Monge
V-26
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Función: shmctl
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
return: 0 si OK, -1 si existe error
• Con shmid se especifica identificador del segmento
• Con cmd se puede especificar un comando
– IPC_SET permite controlar permisos de acceso
– IPC_RMID permite remover un segmento (usado por servidor)
– SHM_LOCK y SHM_UNLOCK permite asegurar segmento en
memoria (sólo el superusuario)
Raúl Monge
V-27
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Funciones: shmat y shmdt
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
void* shmat(int shmid, void *addr, int flag);
return: puntero al segmento si OK, -1 si existe error
void* shmdt(void *addr);
return: 0 si OK, -1 si existe error
• shmat se liga a un segmento existente y devuelve un
puntero como malloc
– addr == NULL lo hace en dirección disponible (recomendado)
– flag permite controlar permiso de aacceso
• shmdt actúa como free.
Raúl Monge
V-28
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