Материал: 6262

156

•никакой другой процесс не может получить доступ к промежуточному сос-

тоянию набора семафоров, когда часть операций из массива уже выполнилась, а другая еще не успела.

Сама ОС выполняет операции из массива семафоров - по очереди, причем порядок их обработки - не оговаривается.

Если очередная операция не может быть выполнена, то:

•эффект предыдущих операций аннулируется;

•вызов функции semop(...) приостанавливается (операция с блокировкой, когда

sem_flg=0) или немедленно завершается неудачей, когда выполняется операция без блокировки.

Замечание

В случае неудачного завершения вызова semop(...) значения всех семафоров в наборе останутся неизменными.

Следующий пример демонстрирует задание значений элементам структуры struct sembuf sbuf[2]:

С целью закрепления изученного материала, рассмотрим пример синхронизации двух асинхронно запускаемых программ, каждая из которых реализуется в виде одного процесса и использует набор из одного семафора.

Первая программа, текст которой представлен на листинге 4.1:

•создает ключ доступа для канала 1, используя, в качестве имени файла, директорию /home/upk;

•создает или подключается к набору из одного семафора;

•пытается уменьшить его значение на 1, используя флаг блокировки;

•когда операция успешно выполнится — заканчивает работу.

Вторая программа, текст которой представлен на листинге 4.2:

•создает ключ доступа для канала 1, используя, в качестве имени файла, директорию /home/upk;

•создает или подключается к набору из одного семафора;

•увеличивает значение семафора на 1, - операция без блокировки;

•когда операция успешно выполнится — заканчивает работу.

157

Листринг 4.1. Текст программы, уменьшающей значение семафора

/* Эта программа lab10.1 получает доступ к одному системному семафору и ждет, пока его значение не станет больше или равным 1, а затем уменьшает его на 1*/

#include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h>

int main()

{

puts("Запущена программа: lab10.1");

/* IPC дескриптор для массива IPC семафоров */ int semid;

/* Имя файла, использующееся для генерации ключа.

*Файл с таким именем должен существовать где-либо */ char pathname[] = "/home/upk";

/* IPC ключ */ key_t key;

/* Структура для задания операции над семафором */ struct sembuf mybuf;

/* Генерируем IPC-ключ из имени файла

*и номера экземпляра массива семафоров 0 */

if((key = ftok(pathname, 1)) < 0){

perror("lab10.1 - Немогу сгенерировать ключ key:"); exit(-1);

}

/* Пытаемся получить доступ по ключу к массиву семафоров,

*если он существует, или создать его из одного семафора,

*если его еще не существует, с правами доступа

*read & write для всех пользователей */

if((semid = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT)) < 0){ perror("lab10.1 - Не могу получит semid:"); exit(-1);

/* Выполним операцию D(semid1,1) для нашего массива семафоров.

*Для этого сначала заполним нашу структуру.

*Флаг, как обычно, полагаем равным 0.

*Наш массив семафоров состоит:

*из одного семафора с номером 0. Код операции -1.*/ mybuf.sem_op = -1;

mybuf.sem_flg = 0; mybuf.sem_num = 0;

puts("lab10.1 - Начинаю выполнять системный вызов: semop(...)..."); if(semop(semid, &mybuf, 1) < 0){

perror("lab10.1 - Не могу выполнить semop(...):"); exit(-1);

}

puts("lab10.1 - Выполнил операцию D(semid1,1)..."); puts("lab10.1 - завершила работу...");

return 0;

}

159

Последний, изучаемый в данной теме системный вызов semctl(...), предназначен для управления набором семафоров. Он может иметь три или четыре аргумен-та:

int semctl (int semid, int semnum, int cmd, [union semun arg]);

где semid - идентификатор набора семафоров;

semnum - номер семафора в наборе, определяющий объект, над которым выполняется управляющее действие, задаваемое значением третьего аргумента cmd; если объектом является набор, значение semnum — игнорируется;

cmd - набор команд выполняемых на семафорами; для некоторых команд используется четвертый аргумент arg, имеющий вид:

Полный перечень значений аргумента cmd следует изучать по руководству: man semctl.

Далее, рассмотрим наиболее важные значения cmd.

Одиночные операции над семафором:

GETVAL - получить значение семафора и выдать его в качестве результата; SETVAL - установить значение семафора равным arg.val.

val = semctl (semid, semnum, GETVAL);

arg.val = ...;

if (semctl (semid, semnum, SETVAL, arg) == -1) ...;

Групповые операции над набором семафоров:

•GETALL - прочитать значения всех семафоров набора и поместить их в массив arg.array;

•SETALL - установить значения всех семафоров набора равными значениям элементов массива.

arg.array = (unsigned short *) malloc (nsems * sizeof (unsigned short)); err = semctl (semid, 0, GETALL, arg);

for (i = 0; i < nsems; i++) arg.array [i] = ...; err = semctl (semid, 0, SETALL, arg);

Информационные операции:

•GETPID - узнать PID процесса, выполнившего последнюю операцию над семафором;

•GETNCNT/GETZCNT — узнать число процессов, ожидающих увеличения /обнуления значения семафора.

160

lpid = semctl (semid, semnum, GETPID); ncnt = semctl (semid, semnum, GETNCNT); zcnt = semctl (semid, semnum, GETZCNT);

Управляющие команды над семафорами:

•IPC_STAT - получить информацию о состоянии набора семафоров;

•IPC_SET - переустановить характеристики;

•IPC_RMID - удалить набор семафоров.

arg.buf = (struct semid_ds *) malloc (sizeof (struct semid_ds); err = semctl (semid, 0, IPC_STAT, arg);

arg.buf->sem_perm.mode = 0644;

err = semctl (semid, 0, IPC_SET, arg);

err = semctl (semid, 0, IPC_RMID);

В случае ошибки, semctl(...) вернет значение -1, а переменная errno будет иметь одно из значений:

•EACCES - вызывающий процесс не имеет права доступа, необходимого для запуска cmd;

•EFAULT - адрес, указанный arg.buf или arg.array , недоступен;

•EIDRM - набор семафоров был удален;

•EINVAL - неверное значение cmd или semid;

•EPERM - аргумент cmd имеет значение IPC_SET или IPC_RMID, но вызывающий процесс не имеет достаточных привилегий на выполнение команды;

•ERANGE - аргумент cmd имеет значение SETALL или SETVAL, или значение,

присваиваемое semval, для некоторых семафоров в наборе, меньше нуля или больше, чем стандартное значение SEMVMX.

4.5 Задача об обедающих философах

Как уже было отмечено ранее, семафоры:

•обеспечивают программиста наддежными средствами синхронизации процессов;

•требуют от программиста разработки и реализации алгоритмов, обеспечивающих взаимное исключение процессов и устранение их взаимных блокировок.

Всложных реальных задачах, в которых взаимодействуют множество асинхронно выполняющихся процессов, разработка надежных алгоритмов синхронизации также превращается в самостоятельную проблему.

Втаких случаях, программисту требуется правильно провести декомпозицию алгоритма работы приложений и реализовать его по частям.