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

Второй подход, где мы используем глобальные переменные для объявления значений ND/PID/CHID, не является общим решением проблемы, поскольку в нем предполагается способность клиента обратиться к этим глобальным переменным. А поскольку для этого требуется использование разделяемой памяти, это не будет работать в сети! Так что этот метод обычно используется либо в небольших тестовых программах, либо в очень специфичных случаях, но всегда в контексте многопоточной программы.

Что реально происходит, так это то, что один поток в программе является клиентом, а другой поток — сервером. Поток-сервер создает канал и затем размещает идентификатор канала в глобальной переменной (идентификаторы узла и процесса являются одинаковыми для всех потоков в процессе, так что объявлять их не обязательно). Поток-клиент затем берет этот идентификатор канала и выполняет по нему функцию ConnectAttach().

Третий подход — сделать сервер администратором ресурса — является определенно самым прозрачным и поэтому рекомендуемым общим решением. Механизм того, как это делается, изложен в главе «Администраторы ресурсов», а пока все, что вы должны об этом знать — это то, что сервер регистрирует некое имя пути как свою «область ответственности», а клиенты обращаются к нему обычным вызовом функции open().

Не сочту лишним подчеркнуть:

Файловые дескрипторы POSIX в QNX/Neutrino реализованы через идентификаторы соединений, то есть дескриптор файла уже является идентификатором соединения! Органичность этой схемы в том, что поскольку дескриптор файла, возвращаемый функцией open(), фактически является идентификатором соединения, клиенту не нужно выполнять какие-либо дополнительные действия, чтобы использовать это соединение. Например, когда клиент после вызова open() вызывает функцию read(), передавая ей полученный дескриптор, это с минимальными накладными расходами транслируется в функцию MsgSend().

А что произойдет, если сообщение серверу передадут одновременно два процесса с разными приоритетами?

Сообщения всегда доставляются в порядке приоритетов.

Если два процесса посылают сообщения «одновременно», первым доставляется сообщение от процесса с высшим приоритетом.

Если оба процесса имеют одинаковый приоритет, то сообщения будут доставлены в порядке отправки (поскольку в машине с одним процессором не бывает ничего одновременного, и даже в SMP-блоке будет присутствовать некий порядок, поскольку процессоры будут конкурировать между собой за доступ к ядру).

Мы еще вернемся к анализу других тонкостей этой проблемы чуть позже в этой главе, когда будем говорить о проблеме инверсии приоритетов.

До настоящего времени мы обсуждали основные примитивы обмена сообщениями. Как я и упоминал ранее, это минимум, который необходимо знать. Однако существует еще несколько дополнительных функций, которые делают нашу жизнь значительно проще.

Рассмотрим пример, в котором для обеспечения обмена сообщениями между клиентом и сервером нам понадобились бы и другие функции.

Клиент вызывает MsgSend() для передачи неких данных серверу. После вызова MsgSend() клиент блокируется. Теперь он ждет, чтобы сервер ему ответил.

Интересные события разворачиваются на стороне сервера. Сервер вызывает функцию MsgReceive() для приема сообщения от клиента. В зависимости от того, как вы спроектировали вашу систему сообщений, сервер может знать, а может и не знать, насколько велико сообщение клиента. Как сервер может не знать, каков реальный размер сообщения? Возьмем наш пример с файловой системой. Предположим, что клиент делает так:

write(fd, buf, 16);

Это сработает так, как и ожидается, если сервер вызовет MsgReceive() с размером буфера, скажем, 1024 байта. Так как наш клиент послал небольшое сообщение (28 байт), никаких проблем не будет.

А что если клиент отправит сообщение, превышающее по размеру 1024 байт — скажем, 1 мегабайт? Например, так:

write(fd, buf, 1000000);

Как сервер мог бы обработать это сообщение поизящнее? Мы могли, к примеру, сказать, что клиенту не позволяется записывать более чем n байт. Тогда функции write() в клиентской Си-библиотеке пришлось бы разбивать каждый «длинный» запрос на несколько запросов по n байт каждый. Неуклюже.

Другая проблема в этом примере заключается в вопросе «А каково должно быть n?»

Как вы видите, этот подход имеет следующие основные недостатки:

• Все функции, которые применяются для обмена сообщениями ограниченного размера, должны быть модифицированы в Си- библиотеке так, чтобы функция передавала запросы в виде серии пакетов. Это само по себе немалый объем работы. Также это может иметь ряд неожиданных побочных эффектов при работе в мнопоточной среде — что если первая часть сообщения от одного потока передана, и тут его вытесняет другой поток клиента и посылает свое собственное сообщение. Что будет с прерванным потоком тогда?

• Все серверы должны быть готовы к обработке сообщения максимально возможного размера. Это означает, что все серверы должны будут иметь значительные области данных, или Си-библиотека будет должна разделять большие запросы на несколько меньших, ухудшая тем самым быстродействие.

К счастью, эта проблема довольно просто обходится, причем даже с дополнительным выигрышем.

Здесь будут особенно полезны функции MsgRead() и MsgWrite(). Важно при этом помнить, что клиент блокирован — это означает, что он не собирается изменять данные, пока сервер их анализирует.

В многопоточном клиенте теоретически возможно, что в область данных заблокированного по серверу клиентского потока залезет другой поток. Такая ситуация рассматривается как некорректная (ошибка проектирования), поскольку серверный поток предполагает, что он имеет монопольный доступ к области данных клиента, пока тот заблокирован.

Функция MsgRead() описана так:

#include <sys/neutrino.h>

int MsgRead(int rcvid, void *msg, int nbytes, int offset);

Функция MsgRead() позволяет Вашему серверу считать nbytes байт данных из адресного пространства заблокированного клиента, начиная со смещения offset от начала клиентского буфера, в буфер, указанный параметром msg. Сервер не блокируется, а клиент не разблокируется. Функция MsgRead() возвращает число байтов, которые были фактически считаны, или возвращает -1, если произошла ошибка.

Итак, давайте подумаем, как бы мы использовали эти возможности в нашем примере с вызовом write(). Библиотечная функция write() создает сообщение с заголовком и посылает его серверу файловой системы fs-qnx4. Сервер принимает небольшую часть сообщения с помощью MsgReceive(), анализирует его и принимает решение, где разместить остальную часть сообщения — например, где-то в уже выделенном буфере дискового кэша.

Давайте рассмотрим пример.

Пример отправки сообщения серверу fs-qnx4 с непрерывным представлением данных.

Итак, клиент решил переслать файловой системе 4Кб данных. (Отметьте для себя, что Си-библиотека добавила к сообщению перед данными небольшой заголовок — чтобы потом можно было узнать, к какому типу принадлежал этот запрос. Мы еще вернемся к этому вопросу, когда будем говорить о составных сообщениях, а также — еще более детально — когда будем анализировать работу администраторов ресурсов.) Файловая система считывает только те данные (заголовок), которые будут ей необходимы для того, чтобы выяснить тип принятого сообщения:

// Часть заголовков, вымышлены для примера

struct _io_write {

 uint16_t type;

 uint16_t combine_len;

 int32_t nbytes;

 uint32_t xtype;

};

typedef union {

 uint16_t type;

 struct _io_read io_read;

 struct _io_write io_write;

 ...

} header_t;

header_t header; // Объявить заголовок

rcvid = MsgReceive(chid, &header, sizeof(header), NULL);

switch (header.type) {

 ...

case _IO_WRITE:

 number_of_bytes = header.io_write.nbytes;

 ...

Теперь сервер fs-qnx4 знает, что в адресном пространстве клиента находится 4Кб данных (сообщение известило его об этом через элемент структуры nbytes), и что эти данные надо передать в буфер кэша. Теперь сервер fs-qnx4 может сделать так:

MsgRead(rcvid, cache_buffer[index].data,

 cache_buffer[index].size, sizeof(header.io_write));