PROGRAMMIEREN MIT UNIX/LINUX-SYSTEMAUFRUFEN

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1 PROGRAMMIEREN MIT UNIX/LINUX-SYSTEMAUFRUFEN UNIX/Linux-Interprozesskommunikation 7. UNIX/Linux Pipes Wintersemester 2016/17

2 UNIX/Linux-IPC-Mechanismen Nachrichtenbasierter Informationsaustausch: Nachrichten(warte)schlangen ( message queues ) System V IPC 2. Sockets BSD-UNIX Speicherbasierter Informationsaustausch: Gemeinsame Speicherbereiche ( shared memory ) System V IPC Pipes (Named Pipes und FIFOs) Version 7 Signale: 6. Asynchrone UNIX-Signale Version 7 Synchronisationsmechanismen: 7. UNIX-Semaphore System V IPC ws 2016/17 H.-A. Schindler Folie: 7-2

3 Speicherbasierter Informationsaustausch Kommunikation über Pipes ist wie SharedMemory Form des Speicher basierten Informationsaustausches Prozess 1 Befehle Prozess 2 Befehle Daten Daten gemeinsame Daten Implementierung (Realisierung): Durch Betriebssystem werden geeignete Strukturen im Speicher eingerichtet ws 2016/17 H.-A. Schindler Folie: 7-3

4 Pipes älteste Form der Interprozesskommunikation in UNIX-Systemen in allen UNIX-Systemen implementiert (noch immer meist benutzter IPC- Mechanismus) Einschränkungen: normale Pipes besitzen 2 Einschränkungen: 1. Daten fließen nur in eine Richtung ( Halbduplex-Pipes ) 2. können nur zwischen Prozessen mit gemeinsamem Vorfahren eingerichtet werden. (Normalerweise wird Pipe von Prozess erzeugt, der anschließend fork() aufruft [Elternprozess]. Pipe wird dann zur Kommunikation zwischen Eltern- u. Kindprozess benutzt oder zur Kommunikation zwischen weiteren Prozessen der Familie. D.h. normale Pipes werden vererbt.) weiterepipe-typen: heute:weitere Typen von Pipes, z.t. ohne die genannten Einschränkungen (Datenstrom-Pipes, FIFOs, benannte Datenstrompipes) ws 2016/17 H.-A. Schindler Folie: 7-4

5 Modellmäßige Vorstellung Pipe ( Rohr oder Röhre ) P1 schreibt <id_file>[1] P2 liest <id_file>[0] ws 2016/17 H.-A. Schindler Folie: 7-5

6 normale Pipes Erzeugung verwendet: Systemaufruf pipe( ) Aufruf im Programm: <rv> = pipe(<id_file>); <rv> int Rückkehrwert ( return value ) fehlerfreie Ausführung: 0 bei Fehler: -1 <id_file>[2] int 2(Datei-)Deskriptoren: (!!) id_file[0]: zum Lesen geöffnet id_file[1]: zum Schreiben geöffnet (Die Ausgabe von id_file[1] ist die Eingabe für id_file[0].) Benutzerprozess id_file[1] id_file[0] Pipe Betriebssystemkern ws 2016/17 H.-A. Schindler Folie: 7-6

7 normale Pipes Verwendung für sinnvolle IPC: Benutzerprozess id_file[1] id_file[0] Pipe Betriebssystemkern Benutzerprozess parent id_file[1] id_file[0] X fork( ) Pipe Betriebssystemkern Benutzerprozess child id_file[1] id_file[0] X ws 2016/17 H.-A. Schindler Folie: 7-7

8 Beispielprogramm pipe1.c #include <stdio.h> main() { intrv, rw, x; int id_file[2]; // die 2 Pipe-Deskriptoren char buffer[100]; rv = pipe(id_file); rw= fork(); if(rw> 0) { //Elternprozess; Kindprozesserzeugt close(id_file[0]); //Deskriptor fuerlesen schließen write(id_file[1], "Diesen Text an Kind uebergeben\n", 31); wait(&x); }; if(rw== 0) { // Kindprozess close(id_file[1]); //Deskriptor fuer Schreiben schließen read(id_file[0], buffer, 31); printf("an KIND UEBERMITTELTE DATEN:\n %.31s\n", buffer); }; } ws 2016/17 H.-A. Schindler Folie: 7-8

9 Verwendung von Pipes zur Programmkopplung bei UNIX-Kommandos kann Einrichtung von Pipes zwischen Prozessen durch Symbol spezifiziert werden. Das Kommando <programm_1> <programm_2>... <programm_n> bewirkt Einrichten einer Pipe jeweils zwischen zwei durch gekoppelten Programmen (besser: den Prozessen, die diese Programme ausführen). hierbei:ausgabedaten des vorderen Programms werden zu Eingabedatendes hinteren. Prinzip für System- u. Nutzerprogramme anwendbar ws 2016/17 H.-A. Schindler Folie: 7-9

10 erzeugt durch UNIX-Kommando Benannte Pipes ( named pipes, FIFOs) mknod <pipe_name> p (auch: mkfifo) mit benannten Pipes auch Prozesse ohne Verwandtschaftsverhältnis koppelbar benannte Pipes besitzen Verzeichnis-Eintrag durch vorangestelltes p erkennbar (mit Kommando ls al überprüfen!) für benannte Pipes: (formell) gleiche Systemaufrufe wie für gewöhnliche Dateien benutzen, d.h. open( ) close( ) read( ) write( )... ws 2016/17 H.-A. Schindler Folie: 7-10

11 Beispielprogramm benpipe1.c #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> char buffer[ ] = "TEST FUER NAMED PIPE"; main() { int id_pipe, n, rw; printf("\nkurztest: *named pipe*\n\n"); // Anlegen einer named pipe (FIFO) rw =mkfifo( "p1", 0666 ); if (rw < 0) printf ("Fehler bei Pipe-Erzeugung\n"); id_pipe =open("p1", 2); } n = write(id_pipe, buffer, 20); printf("kontrolle: Anzahl geschriebene Byte: %d\n\n", n); ws 2016/17 H.-A. Schindler Folie: 7-11

12 Aufgabenstellung (Anregungen) 1. Studieren und verwenden Sie das Programm pipe1.c! 2. Was passiert, wenn beim Elternprozess der wait( )-Systemaufruf weggelassen wird? Warum? 3. Modifizieren Sie das Programm so, dass der Kindprozessjetzt Daten an den Elternprozess übergibt. Was sollte dabei beachtet werden? 4. In manchen UNIX-Systemen sind die Pipes für Vollduplexbetrieb ausgelegt, d.h. sie können zum Datentransport in beiden Richtungen benutzt werden. Untersuchen Sie, ob das beim verwendeten System der Fall ist! (Sie können dazu das Programm pipe2.c benutzen.) 5. Koppeln Sie 2 Systemprogramme sinnvoll über ein Pipe-Symbol und experimentieren Sie damit (z.b. zählt wc ( word count ) die Zeilen etc.). 6. Legen Sie mit mknod bzw.mkfifo eine benannte Pipe an (z.b. my_pipe) und studieren Sie mit ls al die Datei-Attribute (Meta-Informationen). 7. Koppeln Sie mit der eben erzeugten Pipe my_pipe die (kompilierten) Programme von pipe2.c und pipe3.c! ws 2016/17 H.-A. Schindler Folie: 7-12

13 Aufgabenstellung (Anregungen) 8. Studieren und verwenden Sie das Programm benpipe.c! 9. Kontrollieren Sie, ob eine benannte Pipe erzeugt wurde! (z.b. mit ls l) Was ist mit den geschriebenen Bytes? 10. Öffnen Sie jetzt ein weiteres Kommandofenster für den Pfad, wo das Pipe erzeugt wurde. Versuchen Sie mit catden Inhalt des erzeugten Pipe auszugeben. Falls das cat-kommando nicht abgeschlossen wird, starten Sie nochmals das übersetzte Programm benpipe(ohne vorher das Pipe vom vorigen Durchlauf zu löschen)! Erklären Sie! 11. Löschen Sie das benannte Pipe wieder! Welches Kommando ist zu verwenden? ENDE 7 ws 2016/17 H.-A. Schindler Folie: 7-13