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

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));

Обратите внимание, что операции приема сообщения задано смещение sizeof(header.io_write) — это сделано для того, чтобы пропустить заголовок, добавленный клиентской библиотекой. Мы предполагаем здесь, что cache_buffer[index].size (размер буфера кэша) равен 4096 (или более) байт.

Для записи данных в адресное пространство клиента есть аналогичная функция:

#include <sys/neutrino.h>

int MsgWrite(int rcvid, const void *msg, int nbytes,

 int offset);

Применение функции MsgWrite() позволяет серверу записать данные в адресное пространство клиента, начиная со смещения offset байт от начала указанного клиентом приемного буфера. Эта функция наиболее полезна в случаях, где сервер ограничен в ресурсах, а клиент желает получить от него значительное количество информации.

Например, в системе сбора данных клиент может выделить 4-мегабайтный буфер и приказать драйверу собрать 4 мегабайта данных. Драйверу вовсе не обязательно держать под боком здоровенный буфер просто так, на случай если кто-то вдруг неожиданно запросит передачу большого массива данных.

Драйвер может иметь буфер размером 128Кб для обмена с аппаратурой посредством DMA, а сообщение пересылать в адресное пространство клиента по частям, используя функцию MsgWrite() (разумеется, каждый раз увеличивая смещение на 128Кб). Когда будет передан последний фрагмент, можно будет вызывать MsgReply().

Передача нескольких фрагментов сообщения с помощью функции MsgWrite()

Отметим, что функция MsgWrite() позволяет вам записать различные компоненты данных в различные места, а затем либо просто разбудить клиента вызовом MsgReply():

MsgReply(rcvid, EOK, NULL, 0);

либо сделать это после записи заголовка в начало клиентского буфера:

MsgReply(rcvid, EOK, &header, sizeof(header));

Это довольно изящный трюк для записи неизвестного количества данных, когда вы узнаете, сколько данных нужно было записать, только когда запись уже закончена. Главное — если вы будете использовать второй метод, с записью заголовка после записи данных, не забудьте зарезервировать место под заголовок в начале клиентского буфера!

Составные сообщения

До сих пор мы демонстрировали только обмен сообщениями, когда данные передаются из одного буфера в адресном пространстве клиента в другой буфер в адресном пространстве сервера (и наоборот — в случае ответа на сообщение).

При том, что данный подход вполне приемлем для большинства приложений, его применение далеко не всегда эффективно. Вспомните: наша функция write() из Си-библиотеки берет переданный ей буфер и добавляет в его начало небольшой заголовок. Используя то, что мы уже изучили ранее, вы могли бы ожидать, что реализация write() в Си-библиотеке может выглядеть примерно так (это не реальный код!):

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes) {

 char *newbuf;

 io_write_t *wptr;

 int nwritten;

 newbuf = malloc(nbytes + sizeof(io_write_t));

 // Заполнить write_header

 wptr = (io_write_t*)newbuf;

 wptr->type = _IO_WRITE;

 wptr->nbytes = nbytes;

 // Сохранить данные от клиента

 memcpy(newbuf + sizeof(io_write_t), buf, nbytes);

 // Отправить сообщение серверу

 nwritten =

  MsgSend(fd, newbuf, nbytes + sizeof(io_write_t),

  newbuf, sizeof(io_write_t));

 free(newbuf);

 return(nwritten);

}

Понимаете, что произошло? Несколько неприятных вещей:

• Функция write() теперь должна быть способна выделить память под буфер достаточно большого размера как для данных клиента (которые могут быть довольно значительными по объему), так и для заголовка. Размер заголовка не имеет значения — в этом случае он был равен 12 байтам.

• Мы были должны скопировать данные дважды: в первый раз — при использовании функции memcpy(), и затем еще раз, снова — уже при осуществлении передачи сообщения.

• Мы должны были предусмотреть указатель на тип io_write_t и установить его на начало буфера, вместо использования обычных механизмов доступа (впрочем, это незначительный недостаток).

Поскольку ядро намерено копировать данные в любом случае, было бы хорошо, если бы мы смогли сообщить ему о том, что одна часть данных (заголовок) фиксирована по некоторому адресу, а другая часть (собственно данные) фиксирована где- нибудь еще, без необходимости самим вручную собирать буферы из частей и копировать данные.

На наше счастье, в QNX/Neutrino реализован механизм, который позволяет нам сделать именно так! Механизм этот называется IOV (i/o vector), или «вектор ввода/вывода».

Давайте для начала рассмотрим некоторую программу, а затем обсудим, что происходит с применением такого вектора.

#include <sys/neutrino.h>

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes) {

 io_write_t whdr;

 iov_t iov[2];

 // Установить IOV на обе части:

 SETIOV(iov + 0, &whdr, sizeof(whdr));

 SETIOV(iov + 1, buf, nbytes);

 // Заполнить io_write_t

 whdr.type = _IO_WRITE;

 whdr.nbytes = nbytes;

 // Отправить сообщение серверу

 return (MsgSendv(coid, iov, 2, iov, 1));

}

Прежде всего, обратите внимание на то, что не применяется никакой функции malloc() и никакой функции memcpy(). Затем обратим внимание на тип применяемого вектора IOV — iov_t. Это структура, которая содержит два элемента — адрес и длину. Мы определили массив из двух таких структур и назвали его iov.

Определение типа вектора iov_t содержится в <sys/neutrino.h> и выглядит так:

typedef struct iovec {

 void *iov_base;

 size_t iov_len;

} iov_t;

Мы заполняем в этой структуре пары «адрес — длина» для заголовка операции записи (первая часть) и для данных клиента (вторая часть). Существует удобная макрокоманда, SETIOV(), которая выполняет за нас необходимые присвоения. Она формально определена следующим образом:

#include <sys/neutrino.h>

#define SETIOV(_iov, _addr, _len)

 ((_iov)->iov_base = (void *)(_addr),

 (_iov)->iov_len = (_len))

Макрос SETIOV() принимает вектор iov_t, а также адрес и данные о длине, которые подлежат записи в вектор IOV.

Также отметим, что как только мы создаем IOV для указания на заголовок, мы сможем выделить стек для заголовка без использования malloc(). Это может быть и хорошо, и плохо — это хорошо, когда заголовок невелик, потому что вы хотите исключить головные боли, связанные с динамическим распределением памяти, но это может быть плохо, когда заголовок очень велик, потому что тогда он займет слишком много стекового пространства. Впрочем, заголовки обычно невелики.

В любом случае, вся важная работа выполняется функцией MsgSendv(), которая принимает почти те же самые аргументы, что и функция MsgSend(), которую мы использовали в предыдущем примере:

#include <sys/neutrino.h>

int MsgSendv(int coid, const iov_t *siov, int sparts,

 const iov_t *riov, int rparts);

Давайте посмотрим на ее аргументы:

coid Идентификатор соединения, по которому мы передаем — как и при использовании функции MsgSend(). sparts и rparts Число пересылаемых и принимаемых частей, указанных параметрами вектора iov_t; в нашем примере мы присваиваем аргументу sparts значение 2, указывая этим, что пересылаем сообщение из двух частей, а аргументу rparts — значение 1, указывая этим, что мы принимаем ответ из одной части. siov и riov Эти массивы значений типа iov_t указывают на пары «адрес — длина», которые мы желаем переслать. В вышеупомянутом примере мы выделяем siov из двух частей, указывая ими на заголовок и данные клиента, и riov из одной части, указывая им только на заголовок.

Как ядро видит составное сообщение.