Майкл Джонсон - Разработка приложений в среде Linux. Второе издание

• Название: Разработка приложений в среде Linux. Второе издание
• Автор: Майкл Джонсон
• Издательство: Вильямс
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2007
• ISBN: 978-5-8459-1143-8

Книга известных профессионалов в области разработки коммерческих приложений в Linux представляет собой отличный справочник для широкого круга программистов в Linux, а также тех разработчиков на языке С, которые перешли в среду Linux из других операционных систем. Подробно рассматриваются концепции, лежащие в основе процесса создания системных приложений, а также разнообразные доступные инструменты и библиотеки. Среди рассматриваемых в книге вопросов можно выделить анализ особенностей применения лицензий GNU, использование свободно распространяемых компиляторов и библиотек, системное программирование для Linux, а также написание и отладка собственных переносимых библиотек. Изобилие хорошо документированных примеров кода помогает лучше усвоить особенности программирования в Linux.

Книга рассчитана на разработчиков разной квалификации, а также может быть полезна для студентов и преподавателей соответствующих специальностей.

---

Поскольку Linux обычно позволяет каждому процессу иметь до 1024 файловых дескрипторов, numfds избавляет ядро от необходимости просмотра всех 1024 файловых дескрипторов, которые может содержать каждая структура fd_set, что улучшает показатели производительности.

После возврата три структуры fd_set содержат файловые дескрипторы с задержкой входных данных, на которые можно произвести запись или которые находятся в исключительном состоянии. Вызов select() в Linux возвращает общее количество элементов, установленных в трех структурах fd_set, 0 в случае тайм-аута вызова либо -1 в случае ошибки. Однако многие системы Unix считают определенные файловые дескрипторы в возвращаемом значении только один раз, даже если они находятся как в readfds, так и в writefds, поэтому в целях переносимости лучше совершать проверку только тогда, когда возвращаемое значение больше 0. Если возвращаемое значение равно -1, не думайте, что структуры fd_set остаются незатронутыми. Linux обновляет их только в случае, если select() возвращает значение больше 0, однако некоторые системы Unix демонстрируют иное поведение.

Еще одним параметром, связанным с переносимостью, является timeout. Ядра Linux[77] обновляют его, чтобы отобразить количество времени, оставшегося до тайм-аута вызова select(), но большинство других систем Unix его не обновляют[78]. Однако другие системы не обновляют тайм-аут с целью соответствия более привычной реализации.

Для переносимости устраните зависимость от поведения и явно настройте структуру timeout перед вызовом select().

Теперь рассмотрим несколько примеров применения select(). Для начала используем select() без связи с файлами, создав вторичный вызов sleep().

#include <sys/select.h>

#include <sys/stdlib.h>

int usecsleep(int usees) {

 struct timeval tv;

 tv.tv_sec = 0;

 tv.tv_usec = useсs;

 return select(0, NULL, NULL, NULL, &tv);

}

Этот код разрешает переносимые паузы длительностью менее секунды (это обеспечивает также библиотечная функция BSD usleep(), но select() намного более переносима). Например, usecsleep(500000) вызывает паузу минимум на полсекунды.

Вызов select() также используется для решения примера мультиплексирования каналов, с которым мы работали. Решение очень похоже на решение при использовании poll().

 1: /* mpx-select.c */

 2:

 3: #include <fcntl.h>

 4: #include <stdio.h>

 5: #include <sys/select.h>

 6: #include <unistd.h>

 7:

 8: int main(void) {

 9:  int fds[2];

10:  char buf[4096];

11:  int i, rc, maxfd;

12:  fd_set watchset; /* fds для чтения */

13:  fd_set inset; /* обновляется select() */

14:

15:  /* открыть оба канала */

16:  if ((fds[0] = open("p1", O_RDONLY | O_NONBLOCK)) < 0) {

17:   perror("open p1");

18:   return 1;

19:  }

20:

21:  if ((fds[1] = open("p2", O_RDONLY | O_NONBLOCK)) < 0) {

22:   perror("open p2");

23:   return 1;

24:  }

25:

26:  /* начать чтение из обоих файловых дескрипторов */

27:  FD_ZERO(&watchset);

28:  FD_SET(fds[0], &watchset);

29:  FD_SET(fds[1], &watchset);

30:

31:  /* найти максимальный файловый дескриптор */

32:  maxfd = fds[0] > fds[1] ? fds[0] : fds[1];

33:

34:  /* пока наблюдаем за одним из fds[0] или fds[1] */

35:  while (FD_ISSET(fds[0], &watchset) ||

36:   FD_ISSET(fds[1], &watchset)) {

37:   /* здесь копируем watchset, потому что select() обновляет его */

38:   inset = watchset;

39:   if (select(maxfd + 1, &inset, NULL, NULL, NULL) < 0) {

40:    perror("select");

41:    return 1;

42:   }

43:

44:   /* проверить, какой из файловых дескрипторов

45:      готов для чтения из него */

46:   for (i = 0; i < 2; i++) {

47:    if (FD_ISSET(fds[i], &inset )) {

48:     /* fds[i] готов для чтения, двигаться дальше... */

49:     rc = read(fds[i], buf, sizeof (buf) - 1);

50:     if (rc < 0) {

51:      perror("read");

52:      return 1;

53:     } else if (!rc) {

54:      /* этот канал закрыт, не пытаться

55:         читать из него снова */

56:      close(fds[i]);

57:      FD_CLR(fds[i], &watchset);

58:     } else {

59:      buf[rc] = '\0';

60:      printf("чтение: %s", buf);

61:     }

62:    }

63:   }

64:  }

65:

66:  return 0;

67: }

13.1.4. Сравнение poll() и select()

Обладая одинаковой функциональностью, poll() и select() также имеют существенные отличия. Наиболее очевидным отличием является тайм-аут, поддерживающий миллисекундную точность для poll() и микросекундную точность для select(). В действительности же это отличие почти незначительно, поскольку ни один системный вызов не будет подготовлен с точностью до микросекунды.

Более важное отличие связано с производительностью. Интерфейс poll() обладает несколькими свойствами, делающими его намного эффективнее, чем select().

1. При использовании select() ядру необходимо проверить все файловые дескрипторы между 0 и numfds - 1, чтобы убедиться, заинтересовано ли приложение в событиях ввода-вывода для этого файлового дескриптора. Для приложений с большим количеством открытых файлов это может привести к существенным затратам, поскольку ядро проверяет, какие именно файловые дескрипторы являются объектом интереса.

2. Набор файловых дескрипторов передается ядру как битовая карта для select() и как список для poll(). Сложные битовые операции, необходимые для проверки и установки структур данных fd_set, менее эффективны, чем простые проверки, требуемые для struct pollfd.

3. Поскольку ядро переписывает структуры данных, передаваемые select(), приложение вынуждено сбрасывать эти структуры каждый раз перед вызовом select(). С poll() результаты ядра ограничены элементом revents, что устраняет потребность в восстановлении структур данных после каждого вызова.

4. Использование структуры, основанной на множествах (например, fd_set) не масштабируется по мере увеличения количества доступных процессу файловых дескрипторов. Поскольку ее размер статичен, а не динамичен (обратите внимание на отсутствие соответствующего макроса, например, FD_FREE), она не может расширяться или сжиматься в соответствии с потребностями приложения (или возможностями ядра). В Linux максимальный файловый дескриптор, который можно установить в fd_set, равен 1023. Если понадобится больший файловый дескриптор, select() работать не будет.

Единственным преимуществом select() перед poll() является лучшая переносимость в старые системы. Поскольку небольшое количество таких реализаций все еще используется, следует применять select(), прежде всего, для понимания и эксплуатации существующих кодовых баз.

Следующая короткая программа, подсчитывающая количество системных вызовов в секунду, демонстрирует, насколько poll() эффективнее select().

 1: /* select-vs-poll.с */

 2:

 3: #include <fcntl.h>

 4: #include <stdio.h>

 5: #include <sys/poll.h>

 6: #include <sys/select.h>

 7: #include <sys/signal.h>

 8: #include <unistd.h>

 9:

10: int gotAlarm;

11:

12: void catch(int sig) {

13:  gotAlarm = 1;

14: }

15:

16: #define HIGH_FD 1000

17:

18: int main(int argc, const char ** argv) {

19:  int devZero;

20:  int count;

21:  fd_set select Fds;

22:  struct pollfd pollFds;

23:

24:  devZero = open("/dev/zero", O_RDONLY);

25:  dup2(devZero, HIGH_FD);

26:

27:  /* с помощью signal выяснить, когда время истекло */

28:  signal(SIGALRM, catch);

29:

30:  gotAlarm =0;

31:  count = 0;

32:  alarm(1);

33:  while (!gotAlarm) {

34:   FD_ZERO(&selectFds);

35:   FD_SET(HIGH_FD, &selectFds);

36:

37:   select(HIGH_FD + 1, &selectFds, NULL, NULL, NULL);

38:   count++;

39:  }

40:

41:  printf("Вызовов select() в секунду: %d\n", count);

42:

43:  pollFds.fd = HIGH_FD;

44:  pollFds.events = POLLIN;

45:  count = 0;

46:  gotAlarm = 0;

47:  alarm(1);

48:  while (!gotAlarm) {

49:   poll(&pollFds, 0, 0);

50:   count++;