Communications inter-processus

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1 1. Signaux 2. Sémaphores 3. Mémoire partagée

2 Signaux Signaux Signal = outil de base de la notification d évènement. Fonctionnent sur un schéma essentiellement asynchrone. Noyau PS A process ou shell ex: kill clavier C c De façon simplifié, quand le signal arrive, le noyau interrompt le processus qui déclanche alors son gestionnaire de signaux (handler) pour réagir de façon appropriée. Cependant une primitive (sigpause) permet à un processus de se mettre en attente d un signal.

3 Signaux Signaux Les signaux utilisés initialement plutôt pour la gestion d erreurs ont vu leur rôle s étendre dans les versions plus récentes d Unix. Ils ont néanmoins de sérieuses limitations : Ils coûtent cher : ils sont lancés par un appel système, le récepteur est interrompu, sa pile à l exécution est modifiée, le handler prend la main, la pile à l exécution est restaurée. En nombre limité : de l ordre de 20 à 60, dont seulement deux signaux pour la programmation utilisateur (les autres signaux sont utilisés par le système lui même). Ils sont strictement limités au rôle de notification d évènement : ne peuvent pas apporter d information complémentaire (au moins pour les signaux utilisateurs), ni même l identité de l émetteur.

4 Signaux Les signaux sous Unix Les signaux prédéfinis sont identifiés par un nom et un numéro. Le nom est commun à toutes les versions d UNIX, le numéro peut varier d un système à l autre. Chaque signal est associé à un comportement par défaut (ce que doit faire le processus cible à réception de ce signal) : abort génération d un fichier core et arrêt du processus exit terminaison du processus sans génération d un fichier core ignore le signal est ignoré stop suspension du processus continue reprendre l exécution si le processus est suspendu (sinon le signal est ignoré)

5 Signaux Principaux signaux num nom comportement par défaut modifiable? 1 SIGUP envoyé lors de la déconnexion non 2 SIGINT utilisation de la touche INTR (DEL) oui 3 SIGQUIT utilisation de la touche QUIT (CTR \) oui 4 SIGILL opération illégale non 5 SIGTRAP après chaque instruction en mode trace non 8 SIGFPE erreur opération en virgule flottante non 9 SIGKILL destruction inconditionnelle du processus non 11 SIGSEGV violation de segment mémoire non 12 SIGSYS erreur de paramètre dans un appel système non 13 SIGPIPE erreur dans un pipe (écriture sans lecteur) non 14 SIGALARM signal d horloge non 15 SIGTERM indicateur de fin normale d un processus non 16 SIGUSR1 rien : à disposition de l utilisateur oui 17 SIGUSR2 rien : à disposition de l utilisateur oui Pour les programmes utilisateurs, on dispose des signaux SIGUSR1 et SIGUSR2.

6 Signaux Les signaux en shell Pour la manipulation des signaux, on dispose des opérations suivantes : Envoi de signaux par kill -s signal piddestinataire Pour modifier le comportement par défaut d un signal on utilise la primitive : trap instructions signaux Les instructions de la liste sont séparées par des points virgules. Si la liste des instructions est vide, le signal est ignoré. S il n y a pas de liste, on revient au comportement par défaut.

7 Signaux Exemple P1 #!/bin/sh trap echo fini;exit 1 SIGUSR1 P2 $PID& while : do echo "ca boucle" done P2 #!/bin/sh kill -s SIGUSR1 $1

8 Signaux Remarque La commande trap -l donne le liste des signaux auxquels peux répondre trap. Pour bloquer un processus père jusqu à la fin de l un de ses fils : wait piddufils Sans paramètre, le wait fait attendre la fin de tous les fils.

9 Signaux Les signaux en C Signaux non fiables et signaux fiables : Dans les versions anciennes d Unix le mécanisme des signaux était non fiable à cause de leur procédure de prise en compte : arrivée du signal, réinitialisation du mécanisme de capture des signaux puis appel du traitement. Donc si un second signal arrive entre la réinitialisation et l appel, le premier signal est perdu. On parle de conflit d exécution. La fonction signal(3) du C est considérée comme non fiable. Un autre jeu de fonctions basé sur la fonction sigaction(2) a été proposé pour remédier à ce problème.

10 Signaux L interface des signaux non fiables (signal) Le traitement en C des signaux non fiables repose sur deux fonctions signal et kill (prototype dans signal.h). Mise en place (et réinitialisation) du gestionnaire : Envoi du signal : signal(signal, *fonction a utiliser) kill(signal,piddest) Pointeurs prédéfinis sur des fonctions de traitement de signaux : SIG IGN pour ignorer le signal et SIG DFL pour revenir au comportement par défaut.

11 Signaux L interface des signaux fiables (sigaction) Les signaux fiables reposent sur des jeux de signaux (définis en C par le type sigset t). Un jeu de signaux est manipulé par des fonctions (prototypes dans signal.h) qui permettent : d initialiser le jeu de signaux (sigemptyset), de remplir le jeu avec autant de signaux que possible (sigefullset), d ajouter un signal à un jeu (sigaddset), de supprimer un signal d un jeu (sigdelset), vérifier si un signal fait partie d un jeu (sigismember). Action associée à un signal : int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact)

12 Les tubes Les tubes Les tubes permettent de faire transiter des informations entre deux processus. Sous Unix les tubes sont orientés. Assimilés à des fichiers séquentiels de caractères : lecture n octets : bloquante si pas assez d octets à délivrer, sauf si fin de fichier écriture de p octets : bloquante si manque de place fin de fichier quand plus aucun processus n accède au tube en écriture Plusieurs types de tubes en C : tubes anonymes (popen, pipe), tubes nommés (mkfifo), tubes entre machines distantes sur le réseau (sockets).

13 Les tubes Tubes anonymes popen ouverture d une communication avec un autre processus créé pour exécuter une commande. Le processus appelant peut se positionner soit en lecture sur le tube (il récupère alors les résultats de la commande), soit en écriture (il envoie des données à la commande). Le descripteur renvoyé est de type FILE *. Lecture et écriture avec fread et fwrite. FILE *popen(char *command, char *type) ; int pclose(file *stream) ;

14 Les tubes Tubes anonymes pipe La fonction pipe permet de créer deux descripteurs d accés à un tube. Les descripteurs sont dans un tableau de deux entiers (le premier permet de lire, le second d écrire). Le prototype est dans unistd.h. Manipulations par read, write et close. On utilise souvent pipe avant un fork pour permettre aux deux processus de communiquer. int pipe(int filedes[2]) ;

15 Les tubes Tubes nommés mkfifo La fonction mkfifo permet de créer un support de communication avec un autre processus quelconque en créant un fichier spécial qui pourra être ouvert par les deux processus ayant besoin de communiquer (l un ouvrant en lecture et l autre en écriture). Manipulation par open, read, write, close. mkfifo(char * chemin, int droit) ; Exemple : l instruction mkfifo("sr/pg/testmkfifo",0666) ; produit le fichier : 9 prw-r r 1 mnt root 0 Mar :50 TESTmkfifo

16 Mémoire partagée et sémaphores Section critique Problèmes des Variables Partagées : lorsque plusieurs processus s exécutent sur un ordinateur monoprocesseur ou multiprocesseurs avec mémoire commune, ils sont amenés à partager des espaces de données communs : soit volontairement s ils coopèrent pour traiter un même problème, soit involontairement parce qu ils sont obligés de se partager les ressources de l ordinateur. résultats imprévisibles si pas de précaution. Exemple : compte bancaire sauvé sur disque

17 Mémoire partagée et sémaphores Section critique Section critique d un code = partie du programme où se produit le conflit d accès à l objet partagé. L exécution simultanée de deux sections critiques appartenant à des ensembles différents et ne partageant pas de variable ne pose pas de problème. Les sections critiques doivent être exécutées en exclusion mutuelle : avant d exécuter une section critique, un processus doit s assurer qu aucun autre processus n est en train d exécuter une section critique du même ensemble. Dans le cas contraire, il ne devra pas progresser plus avant tant que l autre processus n aura pas terminé sa section critique.

18 Mémoire partagée et sémaphores Techniques d exclusion mutuelle Masquage des interruptions : avant d entrer en section critique, puis restauration en sortie. Utilisé par le système, mais interdit aux process utilisateur car dangereux. Fichier verrou : Un fichier sert à indiquer la présence d un processus en section critique. Avant d entrer en section critique : tentative d ouverture du fichier avec open(fic, O CREAT O EXCL) Fichier effacé en fin de section critique par unlink(fic). Sémaphores (Disjkstra 1965) : variable entière gérée par le système + opérations P (décrémentation : réservation de ressource) et V (incrémentation : libération de ressource).

19 Mémoire partagée et sémaphores Sémaphores Sémaphore S ; V(S) S = S + 1 P(S) si(s > 0) S ; sinon ps mis en attente V et P sont des opérations atomiques indivisibles (on est sur qu aucun autre process ne peut accéder à un sémaphore tant qu une opération sur ce sémaphore n est pas terminée ou bloquée).

20 Mémoire partagée et sémaphores Sémaphores Exclusion mutuelle : sémaphore binaire PS1 S=1 phase normale P(S) phase critique V(S) phase normale PS2 phase normale P(S) phase critique V(S) phase normale

21 Mémoire partagée et sémaphores Exemple du producteur-consommateur 2 processus partagent un même tampon de taille fixe N. Le ps A remplit le tampon et le ps B vide le tampon. Si mémoire pleine, alors A doit attendre que B vide et inversement. Solution avec 3 sémaphores : plein=0 ; vide=n ; mutex=1 ;

22 Mémoire partagée et sémaphores IPC (Inter Process Communications) UNIX sémaphores, segments de mémoire partageables, messages. Par nature un objet IPC est partageable par plusieurs processus et géré de façon globale par le système. Principe identique pour les 3 ressources : clé IPC associée à la ressource (identifiant externe de type key t) et identifiant interne (entier) dans le processus pour manipulation, droits d accès définis à la création, commandes ipcs liste des ressources IPC allouées ipcrm libérer une ressource primitive ftok() pour créer une clé publique

23 Mémoire partagée et sémaphores Sémaphores IPC Gérées sous forme d un tableau, on alloue un tableau de sémaphores et on effectue des opérations sur les différents éléments du tableau : création du tableau : semget(...), manipulation : semctl(...), accès : semop(...) permet de réserver/libérer N unités de ressource à la fois

24 Mémoire partagée et sémaphores Mémoire partagée un segment de mémoire peut être simultanément attaché à l espace d adressage virtuel de plusieurs processus ou plusieurs fois à des adresses différentes d un même processus. shmget() : création, shmctl() : modification des droits ou du propriétaire, destruction, shmat() : attachement à espace d adressage virtuel, puis lecture/écriture si droits ok, shmdt() : détachement,

25 Mémoire partagée et sémaphores Verrouillage de fichier Verrouillage de fichier par flock() (BSD) : Permet de mettre des verrous partagés ou exclusifs sur les fichiers : verrou partagé autorise l accès à plusieurs lecteurs simultanés, verrou exclusif limite l accès à un seul écrivain (ni lecteur ni autre écrivain). flcok() prend en paramètre le descripteur du fichier, mais le verrou porte sur le fichier, pas sur le descripteur donc si on duplique le descr (par dup()), le verrou reste actif sur le 2ième descr ; Verrouillage de régions par fcntl (POSIX) : permet de traiter non pas un fichier mais une partie du fichier appelée région. Une région est définie par une taille en octets et une position de début dans le fichier. Utilise une structure flock.

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