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.

---

Резюме о клиенте

На этом с клиентом все. Перечислим ключевые моменты, которые следует запомнить:

• Клиент обычно налаживает связь с администратором ресурса с помощью вызова open() (или fopen()).

• После того как запрос клиента разрешился в конкретный администратор ресурса, мы его больше не меняем.

• Все дальнейшие клиентские сообщения в этом сеансе основываются на дескрипторах файлов (или FILE* stream) — например, read(), lseek(), fgets(), и т.п.

• Сеанс прекращается, когда клиент закрывает дескриптор файла или поток (или завершается по какой-либо причине).

Все вызовы, основанные на дескрипторах файлов, транслируются в сообщения.

Взгляд со стороны администратора ресурсов

Давайте теперь посмотрим на вещи с позиции администратора ресурса. Перво-наперво администратор ресурса должен сообщить администратору процессов, что он берет на себя ответственность за некоторую часть пространства имен путей (то есть зарегистрироваться). Затем он должен принимать сообщения от клиентуры и их обрабатывать. Очевидно, не так тут все просто.

Давайте кратко рассмотрим функции, реализуемые администраторами ресурсов, а затем уже углубимся в детали.

Регистрация префикса

Администратор ресурса должен сообщить администратору процессов, что одно или более имя пути теперь является его доменом ответственности — иными словами, что он готов обрабатывать клиентские запросы, относящиеся к этим именам путей.

Администратор последовательного порта способен обрабатывать (допустим, так) четыре последовательных порта. В этом случае он должен зарегистрировать у администратора процесса четыре различных имени пути: /dev/ser1, /dev/ser2, /dev/ser3 и /dev/ser4. В результате этого в дереве имен путей у администратора процессов появятся еще четыре элемента, по одному на каждый из последовательных портов. Четыре элемента — это неплохо. А что если бы администратор последовательного порта обрабатывал, например, новомодную мультипортовую плату на 256 портов? Регистрация 256 отдельных префиксов (то есть от /dev/ser1 до /dev/ser256) привела бы к появлению в дереве имен путей администратора процессов 256 различных элементов! Администратор процессов не оптимизирован для поиска по этому дереву — он предполагает, что элементы в нем, конечно, есть, но не сотни же там этих элементов.

Как правило, не следует регистрировать больше чем несколько дюжин отдельных префиксов, потому что поиск по дереву является линейным. Число 256 портов определенно больше. В таких случаях что мультипортовый администратор ресурсов должен сделать, так это зарегистрировать каталогоподобный префикс, например, /dev/multiport. Это займет только один элемент в дереве имен путей. Клиент открывает последовательный порт, скажем, порт 57:

fp = fopen("/dev/multiport/57", "w");

Администратор процессов разрешает это в четверку ND/PID/CHID/handle для мультипортового администратора; решать, насколько корректен при этом остаток имени («57») — это уже дело самого администратора ресурса. В этом примере, предположив, что часть имени пути после точки монтирования хранится в переменной path, администратор ресурса мог бы выполнить проверку очень простым способом:

devnum = atoi(path);

if ((devnum <= 0) || (devnum >= 256)) {

 // Неправильный номер устройства

} else {

 // Правильный номер устройства

}

Этот будет однозначно быстрее, чем поиск, выполняемый администратором процессов, — хотя бы потому что администратор процессов по сути своей намного более универсален, чем наш администратор ресурса.

Обработка сообщений

Как только мы зарегистрировали один или более префиксов, мы должны быть готовы принимать сообщения от клиентов. Это делается «обычным» способом с помощью функции MsgReceive(). Существуют менее 30 четко определенных типов сообщений, которые администратор ресурса должен быть способен обработать. Однако, для упрощения обсуждения и реализации их условно делят на две группы:

Сообщения установления соединения (connect messages)

 Всегда содержат имя пути; либо являются однократными, либо устанавливают контекст для последующих сообщений ввода/вывода.

Сообщения ввода/вывода (I/O messages)

 Всегда базируются на сообщениях установления соединения; выполняют всю последующую работу.

Сообщения установления соединения

Сообщения установления соединения всегда содержат имя пути. Прекрасным примером функции, генерирующей сообщение установления соединения, является уже не раз упомянутая нами функция open(). В этом случае обработчик (handle) сообщения установления соединении устанавливает контекст для последующих сообщений ввода/вывода. (В конце-то концов, после open() мы все-таки собираемся делать что-то наподобие read().).

Примером «однократного» сообщения установления соединения может быть сообщение, сгенерированное в результате вызова rename(). Здесь никакого контекста не предполагается — обработчик в администраторе ресурса изменяет имя указанного файла на новое, и все.

Сообщения ввода/вывода

Сообщения ввода/вывода возникают только после соответствующего сообщения установления соединения и ссылаются на установленный им контекст. Как уже упоминалось ранее при обсуждении сообщений установления соединения, идеальный пример — вызов функции open(), за которым следует read().

На самом деле групп сообщений три

Кроме сообщений об установлении соединения и сообщений ввода/вывода, есть еще и «другие» сообщения, которые администратор ресурсов может принимать и обрабатывать. Но поскольку они не являются в полной мере «административными», покамест отложим их обсуждение и вернемся к ним позже.

Библиотека администратора ресурсов

Прежде чем лезть в глубины организации администраторов ресурсов, познакомимся сначала с библиотекой администратора ресурсов, разработанной QSSL. Отметим, что в действительности эта «библиотека» состоит из нескольких четко различимых частей:

• функции пула потоков (мы обсуждали их в главе «Процессы и потоки», в параграфе «Пулы потоков»);

• интерфейс диспетчеризации;

• функции администратора ресурсов;

• вспомогательные функции POSIX-библиотеки.

При том, что можно было бы, конечно, писать администраторы ресурсов «с нуля» (как это делалось в QNX4), эта овчинка часто не стоит такой выделки.

Просто для демонстрации практичности библиотечного подхода — вот код однопоточной версии администратора «/dev/null»:

/*

 * resmgr1.c

 *

 * /dev/null на основе библиотеки администратора ресурсов

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <stddef.h>

#include <sys/iofunc.h>

#include <sys/dispatch.h>

int main(int argc, char **argv) {

 dispatch_t             *dpp;

 resmgr_attr_t          resmgr_attr;

 resmgr_context_t       *ctp;

 resmgr_connect_funcs_t connect_func;

 resmgr_io_funcs_t      io_func;

 iofunc_attr_t          attr;

 // Создать структуру диспетчеризации

 if ((dpp = dispatch_create()) == NULL) {

  perror("Ошибка dispatch_create\n");

  exit(EXIT_FAILURE);

 }

 // Инициализировать структуры данных

 memset(&resmgr_attr, 0, sizeof(resmgr_attr));

 resmgr_attr.nparts_max = 1;

 resmgr_attr.msg_max_size = 2048;

 // Назначить вызовам обработчики по умолчанию

 iofunc_func_init(_RESMGR_CONNECT_NFUNCS, &connect_func,

  _RESMGR_IO_NFUNCS, &io_func);

 iofunc_attr_init(&attr, S_IFNAM | 0666, 0, 0);

 // Зарегистрировать префикс в пространстве имен путей

 if (resmgr_attach(dpp, &resmgr_attr,

  "/dev/mynull", _FTYPE_ANY,

  0, &connect_func, &io_func, &attr) == -1) {

  perror("Ошибка resmgr_attach\n");

  exit(EXIT_FAILURE);

 }

 ctp = resmgr_context_alloc(dpp);

 // Ждать сообщений в вечном цикле

 while (1) (

  if ((ctp = resmgr_block(ctp)) == NULL) {

   perror("Ошибка resmgr_block\n");

   exit(EXIT_FAILURE);

  }

  resmgr_handler(ctp);

 }

}

И все! Полнофункциональный администратор ресурса /dev/null реализуется всего несколькими вызовами функций!

Если бы пришлось писать аналогичный по функциональности администратор (то есть с поддержкой функций stat(), chown(), chmod(), и т.д.) «с нуля», то вам пришлось бы перелопатить сотни, если не тысячи строк Си-кода.