Слишком сложно? Тогда запросите консультацию специалиста!
Наша компания занимается тем, что помогает студентам выполнять различные учебные работы на заказ. Вы можете ознакомиться с перечнем выполняемых работ, а так же с их стоимостью на странице с ценами.
Лекция 8
Тема: Конвейеры и очереди сообщений
Конвейеры (программные каналы)
Конвейер (pipe – программный канал (связи) или транспортер) является средством, с помощью которого можно производить обмен данными между процессами. Принцип работы конвейера основан на механизме ввода/вывода, который используется для работы с файлами в UNIX, то есть задача, передающая информацию, действует так, как будто она записывает данные в файл, в то время как задача, для которой предназначается эта информация, читает её из этого файла. Операции записи и чтения осуществляются не записями, как это делается в обычных файлах, а потоком байтов, как это было принято в UNIX-системах. Таким образом, функции, с помощью которых выполняется запись в канал и чтение из него, являются теми же самыми, что и при работе с файлами. По сути, канал представляет собой поток данных между двумя (или более) процессами. Это упрощает программирование и избавляет программистов от использования каких-то новых механизмов. На самом деле конвейеры не являются файлами на диске, а представляют собой буферную память, работающую по принципу FIFO, то есть по принципу обычной очереди. Однако не следует путать конвейеры с очередями сообщений; последние реализуются иначе и имеют другие возможности.
Конвейер имеет определенный размер, который не может превышать 64 Кбайт, и работает циклически. Вспомните реализацию очереди на массивах, когда имеются указатели начала и конца очереди, которые перемещаются циклически по массиву. Имеется некий массив и два указателя: один показывает на первый элемент (назовем его условно head), а второй – на последний (назовем его tail).
В начальный момент оба указателя равны нулю. Добавление самого первого элемента в пустую очередь приводит к тому, что указатели head и tail принимают значение, равное 1 (в массиве появляется первый элемент). В последующем добавление нового элемента вызывает изменение значения второго указателя, поскольку он отмечает расположение именно последнего элемента очереди. Чтение (и удаление) элемента (читается и удаляется всегда первый элемент из созданной очереди) приводит к необходимости модифицировать значение указателя head. В результате операций записи (добавления) и чтения (удаления) элементов в массиве, моделирующем очередь элементов, указатели будут перемещаться от начала массива к его концу. При достижении указателем значения индекса последнего элемента массива значение указателя вновь становится единичным (если при этом не произошло переполнение массива, то есть количество элементов в очереди не стало больше числа элементов в массиве). Можно сказать, что мы как бы замыкаем массив в кольцо, организуя круговое перемещение указателей head и tail, которые отслеживают первый и последний элементы в очереди. Сказанное проиллюстрировано на рис. 6.5. Именно так и функционирует конвейер.
Рис. 6.5.Организация очереди на массиве
Как информационная структура канал описывается идентификатором, размером и двумя указателями. Конвейеры представляют собой системный ресурс. Чтобы начать работу с конвейером, процесс сначала должен заказать его у операционной системы и получить в своё распоряжение. Процессы, знающие идентификатор конвейера, могут через него обмениваться данными.
Теперь рассмотрим основные системные запросы для работы с ними. В качестве примера возьмем вызовы из API OS/2. Традиционные вызовы для работы с каналами (конвейерами) приведены в разделе, где описывается архитектура системы UNIX. Итак:
Функция создания конвейера:
DosCreatePipe(&ReadHand1e, &WriteHandle,PipeSize);
где ReadHandle – описатель для чтения из конвейера, WriteHandle – описатель для записи в конвейер, PipeSize – размер конвейера.
Функция чтения из конвейера:
DosRead (&ReadHandle, (PVOID)&Inform, sizeof(Inform), &BytesRead);
где ReadHandle – описатель для чтения из конвейера, Inform – переменная любого типа, sizeof(Inform) – размер переменной Inform, BytesRead – количество прочитанных байтов. Данная функция при обращении к пустому конвейеру будет ожидать, пока в конвейере не появится информация для чтения.
Функция записи в конвейер:
DosWrite (&WriteHand1e, (PVOID)&Inform, s1zeof( Inform), &BytesWrite);
где WriteHandle – описатель для записи в конвейер, BytesWrite – количество записанных байтов.
Читать из конвейера может только тот процесс, который знает идентификатор соответствующего конвейера. При работе с конвейером данные непосредственно помещаются в него. Из-за ограничения на размер конвейера программисты сталкиваются и с ограничениями на размеры передаваемых через него сообщений.
Очереди сообщений
Очереди сообщений (Queue) являются более сложным методом связи между взаимодействующими процессами по сравнению с каналами. С помощью очередей также можно из одной или нескольких задач независимым образом посылать сообщения некоторой задаче-приёмнику. При этом только процесс-приёмник может читать и удалять сообщения из очереди, а процессы-клиенты имеют право лишь помещать в очередь свои сообщения. Таким образом, очередь работает только в одном направлении. Если же необходима двухсторонняя связь, то можно создать две очереди.
Работа с очередями сообщений имеет много отличий от работы с конвейерами. Во-первых, очереди сообщений предоставляют возможность использовать несколько дисциплин обработки сообщений:
- FIFO – сообщение, записанное первым, будет первым и прочитано;
- LIFO – сообщение, записанное последним, будет прочитано первым;
- приоритетный – сообщения читаются с учётом их приоритетов;
- произвольный доступ, то есть можно читать любое сообщение, тогда как канал обеспечивает только дисциплину FIFO.
Во-вторых, если при чтении сообщения из канала (конвейера) оно удаляется из него, то при чтении сообщения из очереди этого не происходит, и сообщение при желании может быть прочитано несколько раз,
В третьих, в очередях присутствуют не непосредственно сами сообщения, а только их адреса в памяти и размер. Эта информация размещается системой в сегменте памяти, доступном для всех задач, общающихся с помощью данной очереди.
Каждый процесс, использующий очередь, должен предварительно получить разрешение на использование общего сегмента памяти с помощью системных запросов API, ибо очередь – это системный механизм и для работы с ним требуются системные ресурсы и, соответственно, обращение к самой ОС. Во время чтения из очереди задача-приёмник пользуется следующей информацией:
- идентификатор процесса (PID – processID), который передал сообщение;
- адрес и длина переданного сообщения;
- ждать или нет, если очередь пуста;
- приоритет переданного сообщения;
- номер освобождаемого семафора, когда сообщение передаётся в очередь.
Приведём перечень основных функций, управляющих работой очереди (без подробного описания передаваемых параметров), поскольку в различных ОС обращения к этим функциям могут существенно различаться:
- CreateQueue – создание новой очереди;
- OpenQueue – открытие существующей очереди;
- ReadQueue – чтение и удаление сообщения из очереди;
- PeekQueue – чтение сообщения без его последующего удаления из очереди;
- WriteQueue – добавление сообщения в очередь;
- CloseQueue – завершение использования очереди;
- PurgeQueue – удаление из очереди всех сообщений;
- QueryQueue – определение числа элементов в очереди.
http://www.studfiles.ru/preview/5946428/page:72/#110
