Роб Кёртен - Введение в QNX/Neutrino 2. Руководство по программированию приложений реального времени в QNX Realtime Platform

• Название: Введение в QNX/Neutrino 2. Руководство по программированию приложений реального времени в QNX Realtime Platform
• Автор: Роб Кёртен
• Издательство: Петрополис
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2001
• ISBN: 5-94656-025-9

Книга "Введение в QNX/Neutrino 2» откроет перед вами в мельчайших подробностях все секреты ОСРВ нового поколения от компании QNX Software Systems Ltd (QSSL) — QNX/Neutrino 2. Книга написана в непринужденной манере, легким для чтения и понимания стилем, и поможет любому, от начинающих программистов до опытных системотехников, получить необходимые начальные знания для проектирования надежных систем реального времени, от встраиваемых управляющих приложений до распределенных сетевых вычислительных систем

В книге подробно описаны основные составляющие ОС QNX/Neutrino и их взаимосвязи. В частности, уделено особое внимание следующим темам:

• обмен сообщениями: принципы функционирования и основы применения;

• процессы и потоки: базовые концепции, предостережения и рекомендации;

• таймеры: организация периодических событий в программах;

• администраторы ресурсов: все, что относится к программированию драйверов устройств;

• прерывания: рекомендации по эффективной обработке.

В книге представлено множество проверенных примеров кода, подробных разъяснений и рисунков, которые помогут вам детально вникнуть в и излагаемый материал. Примеры кода и обновления к ним также можно найти на веб-сайте автора данной книги, www.parse.com.

---

В противном случае, если поток-обработчик активен, он должен периодически проверять «флаг, выставляемый в его отношении» потоком, принимающим сообщение разблокирования, и если флаг установлен в 1, он должен ответить клиенту с кодом ошибки. Заметьте, что это всего-навсего оптимизация: в неоптимизированном случае поток-обработчик постоянно вызывал бы функцию MsgInfo() по идентификатору отправителя и проверял бит _NTO_MI_UNBLOCK_REQ самостоятельно.

Обмен сообщениями в сети

Прозрачный обмен сообщениями в сети не поддерживается в версии QNX/Neutrino 2.00, но это намечено к реализации в более поздних версиях данной ОС. (Поддержка этого механизма реализована в QNX/Neutrino, начиная с версии 2.11, и присутствует в QNX Realtime Platform, начиная с релиза 6.1.0 — прим. ред.) Я привожу рассмотрение этого вопроса в данной книге по двум причинам: 1) Когда этот механизм будет реализован, им можно будет воспользоваться. 2) Это настолько изящно, что грех не рассказать об этом!

Чтобы не вносить излишней путаницы, до сих пор я избегал вопроса о применении обмена сообщениями в сети, хотя реально это основополагающий фактор гибкости QNX/Neutrino!

Все, что вы узнали из книги до этого момента, применимо и к передаче сообщений по сети.

Ранее в этой главе я демонстрировал пример:

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

int main (void) {

 int fd;

 fd = open("/net/wintermute/home/rk/filename", O_WRONLY);

 write(fd, "Это обмен сообщениями\n", 24);

 close(fd);

 return(EXIT_SUCCESS);

}

В то время, я говорил, что это был пример «обмена сообщениями в сети». Клиент соединяется с сервером, определяемым тройкой ND/PID/CHID (и который оказывается на другом узле), а сервер выполняет на своем канале MsgReceive(). Клиент и сервер в данном случае абсолютно аналогичны клиенту и серверу в варианте с локальным узлом. Собственно, прекратить читать книгу можно прямо здесь — в передаче сообщений по сети нет ничего хитрого. На вам, наверное, любопытно как все это происходит? Читайте дальше!

Теперь, когда мы уже рассмотрели в подробностях особенности локального обмена сообщениями, мы можем более углубленно обсудить, как осуществляется передача сообщений в сети. И хотя это обсуждение может показаться сложным, на самом деле все сводится к двум этапам: этапу разрешения имен и этапу собственно передачи сообщений.

Вот рисунок, иллюстрирующий эти этапы:

Обмен сообщениями в сети. Отметьте, что модуль qnet разделен на две части.

На данном рисунке наш узел называется magenta, а целевой узел по аналогии с примером называется wintermute.

Рассмотрим взаимодействия, которые происходят, когда программа-клиент использует qnet, чтобы обратиться к серверу через сеть:

1. Функции open() клиента было предписано открыть файл с именем, которое начинается с /net. (Имя /net — имя по умолчанию, объявляемое администратором qnet — см. документацию по QNX/Neutrino, раздел npi-qnet). Клиент понятия не имеет, кто именно отвечает за конкретное имя пути, поэтому он соединяется с администратором процессов (шаг 1), чтобы выяснить, кому принадлежит ресурс. Это выполняется автоматически и не зависит от того, передаем ли мы сообщения по сети или нет. Поскольку все ресурсы, имена которых начинаются с /net, принадлежат администратору qnet, администратор процессов отвечает клиенту, что относительно этого имени пути надо спросить администратор qnet.

2. Клиент теперь посылает сообщение потоку администратора qnet, надеясь, что тот будет способен обработать запрос. Однако администратор qnet на этом узле не может предоставить клиенту конечный сервис, поэтому он сообщает клиенту, что тот должен обратиться к администратору процессов на узле wintermute. (Это делается специальным перенаправляющим сообщением, в котором содержатся ND/PID/CHID сервера, к которому надо обратиться взамен.) Это перенаправление также автоматически обрабатывается клиентской библиотекой.

3. Клиент соединяется с администратором процессов на узле wintermute. Это включает в себя отправку сообщения другому узлу с помощью драйверного потока qnet. Процесс qnet клиентского узла получает сообщение и транспортирует его через сетевую среду удаленному qnet, который, в свою очередь, доставляет его администратору процессов на узле wintermute. Администратор процессов этого узла разрешает остальную часть имени пути (в нашем примере это /home/rk/filename) и отвечает перенаправляющим сообщением. Это сообщение передается обратно — через qnet сервера по сетевой среде к qnet клиента и, наконец, самому клиенту. Поскольку в этом сообщении содержатся ND/PID/CHID нужного сервера, предоставляющего конечный сервис, клиент теперь знает, к кому обращаться (в нашем примере это администратор удаленной файловой системы).

4. Теперь клиент посылает запрос непосредственно нужному серверу. Маршрут следования сообщения здесь идентичен описанному в предыдущем пункте, за исключением того, что на этот раз связь с сервером осуществляется напрямую, а не через администратор процессов.

После того как пройдены этапы 1 и 3, все дальнейшие коммуникации осуществляются аналогично этапу 4. В вышеприведенном примере все сообщения типа open(), read() и close() идут по маршруту, описанном в этапе 4. Заметьте, что вся последовательность рассмотренных событий была запущена вызовом open(), но само сообщение open() все равно дошло до сервера-адресата так, как это описано этапом 4.

Для особо любопытных: на самом деле я пропустил в изложении один этап. На этапе 2, когда клиент спрашивает qnet об узле wintermute, qnet должен сначала выяснить, кто такой wintermute. Это может привести к еще одной сетевой транзакции для разрешения имени узла. Приведенный выше рисунок корректен, если предположить, что qnet заранее знал про узел с именем wintermute.

Мы еще вернемся к сообщениям, используемым функциями open(), read() и close() (а также другими функциями) в главе «Администраторы ресурсов».

Особенности обмена сообщениями в сети

Итак, как только соединение установлено, все дальнейшие операции обмена сообщениями осуществляются в соответствии с этапом 4, как указано на рисунке. Это может привести вас к ошибочному представлению, что передача сообщений по сети идентична локальной. К сожалению, это не так. Вот список отличий:

• более длительные задержки;

• функция ConnectAttach() возвращает признак успешного соединения независимо от того, является ли узел доступным или нет — реальный признак ошибки проявляется только при первой попытке передать сообщение;

• функция MsgDeliverEvent() не обеспечивает достаточной надежности;

• функции MsgReply(), MsgRead(), MsgWrite() являются блокирующими вызовами (в локальном варианте они не являлись таковыми);

• функция MsgReceive() не будет принимать все данные, посланные клиентом; сервер будет должен вызывать функцию MsgRead() для получения окончательных остальных данных.

Более длительные времена задержки

Поскольку передача сообщений теперь выполняется в некоторой среде, а не прямым копированием «память-память» под управлением ядра, можно смело ожидать, что затраты времени на передачу сообщения будут существенно выше (100-Мбитный Ethernet в сравнении с 128-битным динамическим ОЗУ с тактированием 100 МГц будет ориентировочно на один или два порядка медленнее). В дополнение к этому также будут сказываться накладные расходы протокола и повторные попытки передачи в сбойных сетях.

Воздействие на функцию ConnectAttach()

Когда вы вызываете функцию ConnectAttach(), вы задаете ей идентификаторы ND, PID и CHID. Все, что при этом происходит в QNX/Neutrino, заключается в возврате ядром идентификатора соединения драйверному потоку qnet, изображенному выше на рисунке. Поскольку никакого сообщения еще не отправлено, вы не имеете информации о том, доступен ли узел, к которому вы только что подсоединились, или нет. В обычном случае это не проблема, потому что большинство клиентов не будет самостоятельно вызывать ConnectAttach() и скорее воспользуется библиотечной функцией open(), которая перед передачей сообщения «open» сама вызывает ConnectAttach(). Это практически немедленно дает информацию о доступности удаленного узла.