Олег Цилюрик - QNX/UNIX: Анатомия параллелизма

Гораздо хуже дело обстоит с pid и chid, особенно для процесса, выполняющегося на удаленном сетевом узле. Не существует в общем виде прямого способа установить PID удаленного процесса, а тем более номер канала, который открыл этот процесс для обмена (или вообще не открывал, если мы, например, ошиблись в определении его PID). И тогда на помощь приходят некоторые искусственные приемы, построенные либо на использовании некоторых иерархических (родительский-дочерний) соотношений процессов клиента и сервера, либо на системах совершенно условных договоренностей (произвольных и варьирующихся от случая к случаю).

Р. Кертен [1] отмечает, что существует множество способов нахождения этой адресной триады, и перечисляет некоторые из них:

1. Открыть файл с известным именем и сохранить в нем ND/PID/CHID…

2. Использовать для объявления идентификаторов ND/PID/CHID глобальные переменные программы…

3. Занять часть пространства имен путей и стать администратором ресурсов.

Не вдаваясь в подробный анализ (вы это можете сделать сами), отметим, что 1-й способ — крайне искусственный и негибкий (особенно в сетевой среде), 2-й — крайне ограничен и применим лишь к узкому кругу задач, а 3-й способ подводит нас к применению совсем другой, альтернативной технологии с используемыми ею принципами адресации.

Несколько, безусловно, интересных и заслуживающих внимания вариаций на тему техники обмена сообщениями предлагает В. Зайцев в приложении, которое следует за данной главой.

Пользуясь случаем, внесем и мы свою лепту в «копилку» способов вычисления адресной триады и увязывания клиента с соответствующим сервером. В тех нечастых случаях, когда требуется обеспечить максимально возможную плотность потока обмена (об этом см. далее), а информационный канал желательно создать на базе именно прямого обмена сообщениями, мы предлагаем оформлять серверный процесс одновременно и как специальный менеджер ресурса, и как канал прямого обмена сообщениями. При этом клиент, пользуясь адресацией пути к менеджеру, запрашивает его по read() или devctl(), на которые менеджер возвращает свой PID и открытый для прямого обмена дополнительный CHID. На этом функции менеджера заканчиваются, а весь информационный обмен далее идет обменом сообщений через указанный канал. Полный текст такого сервера будет показан в примере позже.

Теперь обратимся к технологии менеджера ресурсов. В этой технике менеджер регистрирует в пространстве имен (в файловой системе) уникальное имя, по которому клиенты, заинтересованные в его ресурсе, будут адресоваться к менеджеру. Идея не нова для мира UNIX (каталоги файловой системы /proc или /dev, как правило, вообще не содержат реальных файлов), и она находит все более последовательное расширение в новых разработках операционных систем, отталкивающихся от UNIX, например Plan9 или Inferno.

Техника менеджера ресурса вводит дополнительный уровень разрешения имен, который реализуется через менеджер процессов procnto (как это происходит, подробно и на примерах описывается в [1]). Происходящее при выполнении POSIX-оператора:

int fd = open("/net/host/dev/srv", O_RDONLY);

по внутреннему содержанию в точности соответствует тому, что происходит в процессе организации обмена сообщениями при выполнении:

int coid = ConnectAttach(node, pid, chid, 0, 0);

и может даже при определенных обстоятельствах возвратить то же значение и уж по крайней мере всегда возвращает значение той же природы, хотя мы и говорим по привычке в первом случае «файловый дескриптор», а во втором - «идентификатор соединения». Здесь отчетливо видна подмена адресной триады node, pid и chid именем пути /net/host/dev/srv.

Модель адресации менеджера ресурса в QNX, конечно, намного более универсальна, гибка и мобильна, нежели модель прямого обмена сообщениями. Например, можно написать сервер, который при запуске воспринимал бы полное имя, под которым он будет регистрироваться в пространстве имен, например (пусть даже некоторые варианты и сомнительны в своей осмысленности):

# server -n /dev/srv

# server -n /proc/srv

# server -n /fs/srv

Можно запустить несколько экземпляров такого сервера, возможно модифицированных использованием других ключей запуска:

# server -n /dev/srv1

# server -n /dev/srv2

Наконец, можно сделать это не только на своем локальном узле сети, но и на других сетевых узлах:

# on -f host1 server -n /dev/srv1

# on -f host1 server -n /dev/srv2

# on -f host2 server -n /dev/srv1

# on -f host2 server -n /dev/srv1

Теперь, если наш клиент выполнен так, что позволяет при запуске указать имя сервера, который он должен использовать, мы можем применить такой клиент для работы с самыми различными экземплярами серверов, где бы они ни находились в сети, например:

# client -s /dev/srv1

# client -s /net/host2/dev/srv1

Полный исходный код такой реализации будет показан в примере, к рассмотрению которого мы перейдем после завершения этого раздела.

В чем еще состоит различие, которое можно отнести к категории гибкости механизмов?

В краткой схеме, показанной кодом предыдущего раздела, вызовом:

MsgSend(coid, &bufou, sizeof(bufou), &bufin, sizeof(bufin));

может быть послано сообщение произвольной (в пределах абсолютных ограничений) длины (sizeof(bufou)). Это сообщение (с информацией о его фактической длине) будет принято сервером, который в свою очередь может ответить сообщением произвольной длины, которое и будет доставлено клиенту в ответ на оператор MsgSend().

При обмене с менеджером ресурсов, в силу необходимости приведения клиентских запросов в «прокрустово ложе» POSIX, картина принципиально другая: каждый запрос может оперировать только с данными той длины, которая предопределена стандартом.

1. Команды группы read() могут передать в направлении сервера только код команды, уточненный параметрами (например, длина запрашиваемых данных), но не данные. В ответ сервер может передать клиенту данные произвольной длины. Обмен данными однонаправленный, в направлении от сервера к клиенту.

2. Команды группы write() могут передать от клиента к серверу данные произвольной длины, но в ответ сервер может возвратить только код результата - число байт, фактически успешно полученных в результате операции. Обмен данными однонаправленный, в направлении от клиенту к серверу.

3. Команда devctl(), использующаяся обычно для организации канала управления (но это не обязательно), в зависимости от кода команды может передавать данные либо к серверу (подобно write()), либо от сервера (подобно read()), либо в обоих направлениях за один обмен. Таким образом, этой командой может быть организован двунаправленный обмен. Вообще говоря, принято считать, что по devctl() передаются данные фиксированной длины: длина передаваемого блока данных определяется непосредственно кодом команды. Но это не является серьезным ограничением: мы можем динамически формировать код команды перед обменом исходя из объема данных, подлежащих передаче (как это будет показано в примере следующего раздела). Такой трюк позволяет организовать обмен данными произвольной длины. Ограничение здесь состоит в другом: объемы данных, передаваемые по devctl() в обоих направлениях, должны быть равны! А это, согласитесь, не совсем то, что мы видели при простом обмене сообщениями.

4. Наконец, последним вариантом обмена с менеджером ресурса является обмен «сырыми», неформатированными сообщениями. Но это уже вариация простого обмена сообщениями, а как ее реализовать в коде, показано в приложении В. Зайцева.

С другой стороны, такая повышенная гибкость простого обмена сообщениями в отношении размеров передаваемых данных — предмет потенциальных ошибок, в то время как регламентируемое POSIX поведение обменных функций несет в себе дополнительный контроль корректности.

Эффективность реализации

Если техника менеджеров ресурсов — это только надстройка над базовым механизмом обмена сообщениями, то возникает совершенно естественный вопрос: какова же плата за использование этого производительного и «комфортного» механизма?

Для анализа «скоростных» характеристик альтернативных механизмов обмена сообщениями создадим группу приложений (клиентские и сервер, файлы cli.cc, clr.cc и srv.cc), а чтобы отдельно не выписывать определения, используемые приложениями, вынесем их в отдельный файл определений (файл common.h).

const char VERSION[] = "vers. 1.03";

// имя, под которым будет регистрироваться в пространстве