Андрей Робачевский - Операционная система UNIX

• Название: Операционная система UNIX
• Автор: Андрей Робачевский
• Издательство: BHV - Санкт-Петербург
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 1997
• ISBN: 5-7791-0057-8

Книга посвящена семейству операционных систем UNIX и содержит информацию о принципах организации, идеологии и архитектуре, объединяющих различные версии этой операционной системы.

В книге рассматриваются: архитектура ядра UNIX (подсистемы ввода/вывода, управления памятью и процессами, а также файловая подсистема), программный интерфейс UNIX (системные вызовы и основные библиотечные функции), пользовательская среда (командный интерпретатор shell, основные команды и утилиты) и сетевая поддержка в UNIX (протоколов семейства TCP/IP, архитектура сетевой подсистемы, программные интерфейсы сокетов и TLI).

Для широкого круга пользователей

---

В качестве примера виртуального копирования можно привести реализацию протокола TCP. Протокол TCP является надежным, т.е. данные считаются доставленными только после того, как от получателя поступит подтверждение. Это означает, что протокол должен хранить копии всех отправленных, но не подтвержденных сообщений. Вместо неэффективного физического копирования, производится виртуальное дублирование сообщения, одна копия которого затем передается вниз по потоку (модулю IP), а вторая сохраняется до получения подтверждения. После отправления сообщения драйвером сетевого адаптера, одна из копий будет уничтожена, что выразится в уменьшении поля db_ref заголовка блока данных, но сам блок данных сохранится, поскольку значение счетчика по-прежнему будет превышать 0. И только после получения подтверждения db_ref станет равным 0, и соответствующий буфер будет освобожден.

Типы сообщений

Каждое сообщение принадлежит определенному типу, определяющему назначение сообщения и его приоритет. В зависимости от типа сообщения попадают в одну из двух категорий: обычные сообщения и приоритетные сообщения. Категория определяет порядок, в котором сообщения будут обрабатываться соответствующей процедурой xxservice(). Приоритетные сообщения всегда помещаются перед обычными сообщениями и потому обрабатываются в первую очередь.

В подсистеме STREAMS определены следующие типы обычных сообщений:

M_DATA Содержит обычные данные. Например, системные вызовы read(2) и write(2) осуществляют передачу данных в виде сообщений этого типа. M_PROTO Содержит управляющую информацию. Обычно сообщение этого типа содержит также несколько блоков типа M_DATA. С помощью системных вызовов putmsg(2) и getmsg(2) процесс имеет возможность отправлять и получать как управляющую часть сообщения (блок M_PROTO), так и данные (блоки M_DATA). M_BREAK Посылается драйверу устройства для генерации команды break. M_PASSFP Используется в каналах STREAMS (STREAMS pipe) для передачи файлового указателя от одного конца канала к другому. M_SIG Генерируется модулями или драйверами и передается вверх по потоку головному модулю для отправления процессу сигнала. M_DELAY Передается драйверу устройства и указывает задержку между последовательно передаваемыми символами. Как правило, используется при работе с медленными устройствами во избежание переполнения их буферов. M_CTL Используется для взаимодействия модулей потока друг с другом. Все сообщения этого типа уничтожаются головным модулем и, таким образом, не могут распространяться за пределы потока. M IOCTL Формируется головным модулем в ответ на управляющие команды, переданные процессом с помощью системного вызова ioctl(2): I_LINK, I_UNLINK, I_PLINK, I_PUNLINK и I_STR. Эти команды используются для создания мультиплексированных потоков. Последняя команда используется для управления модулями потока. M_SETOPTS Используется для задания различных характеристик головного модуля. M_RSE Зарезервировано для внутреннего использования. Модули и драйверы должны передавать его без изменений.

Как мы увидим далее, на передачу обычных сообщений влияет механизм управления потоком данных, который может быть реализован модулями потока. Этот механизм не оказывает влияния на передачу приоритетных сообщений. Сообщения этой категории будут переданы следующему модулю, независимо от того, насколько заполнена его очередь. Эти сообщения обеспечивают основное взаимодействие между компонентами потока. Перечисленные ниже сообщения являются высокоприоритетными:

M_COPYIN Передается вверх по потоку головному модулю и указывает ему скопировать данные от процесса для команды ioctl(2). Сообщение допустимо в интервале между получением сообщения M_IOCTL и сообщения M_IOCACK или M_IOCNAK. M_COPYOUT Передается вверх по потоку головному модулю и указывает ему передать данные, связанные с вызовом ioctl(2), процессу. Сообщение допустимо в интервале между получением сообщения M_IOCTL и сообщений M_IOCACK или M_IOCNAK. M_ERROR Передается вверх по потоку головному модулю и указывает на возникновение ошибки вниз по потоку. Последующие операции с потоком будут заканчиваться ошибкой, за исключением системных вызовов close(2) и poll(2). M_FLUSH При получении этого сообщения модуль должен очистить очередь (чтения, записи или обе) от сообщений. M_HANGUP Передается вверх по потоку головному модулю и указывает, что драйвер не может передавать данные, обычно из-за обрыва линии (связи с удаленным объектом). M_IOCACK Подтверждение предыдущего сообщения M_IOCTL. В ответ головной модуль возвратит необходимые данные процессу, сделавшему системный вызов ioctl(2). M_IOCNAK Если выполнение команды ioctl(2) закончилось неудачей, это сообщение передается вверх по потоку головному модулю, в ответ на это последний возвратит процессу ошибку. M_PCPROTO Высокоприоритетная версия сообщения M_PROTO. M_PCSIG Высокоприоритетная версия сообщения M_SIG. M_PCRSE Зарезервировано для внутреннего использования в подсистеме. M_READ Сообщение передается вниз по потоку, когда от процесса поступает запрос на чтение, но в головном модуле отсутствуют данные. M_STOP Предписывает немедленно прекратить передачу. M_START Предписывает продолжить передачу после останова, вызванного сообщением M_STOP.

Передача данных

Как уже обсуждалось, передача данных в потоке происходит в виде сообщений. Процесс инициирует передачу данных с помощью системных вызовов write(2) и putmsg(2), которые непосредственно взаимодействуют с головным модулем. Головной модуль формирует сообщение, копируя в него прикладные данные, и передает его следующему модулю вниз по потоку. В конечном итоге сообщение принимается драйвером, который выполняет необходимые операции с конкретным устройством. В случае, когда драйвер получает данные от устройства, он также передает их в виде сообщений вверх по потоку. Процесс имеет возможность получить данные с помощью системных вызовов read(2) или getmsg(2). Если в головном модуле данные отсутствуют, процесс блокируется и переходит в состояние сна.

Сообщения передаются модулями с помощью системной функции putnext(9F):

#include <sys/stream.h>

#include <sys/ddi.h>

int putnext(queue_t *q, mblk_t *mp);

Эта функция адресует очередь следующего модуля параметром q и вызывает процедуру xxput() этой очереди, передавая ей сообщение mp. Не поощряется непосредственный вызов функции xxput() следующего модуля, поскольку это может вызвать определенные проблемы переносимости.

Передача данных внутри потока осуществляется асинхронно и не может блокировать процесс. Блокирование процесса возможно только при передаче данных между процессом и головным модулем. Таким образом, функции обработки данных потока — xxput() и xxservice() не могут блокироваться. Если процедура xxput() не может передать данные следующему модулю, она помещает сообщение в собственную очередь, откуда оно может быть передано позже процедурой xxservice(). Если и процедура xxservice() не может осуществить передачу сообщения, например, из-за переполнения очереди следующего модуля, она не будет ожидать изменения ситуации, а вернет сообщение обратно в собственную очередь и завершит выполнение. Попытка передачи повторится, когда ядро через некоторое время опять запустит xxservice().