PROGRAMMIEREN MIT UNIX/LINUX-SYSTEMAUFRUFEN

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1 PROGRAMMIEREN MIT UNIX/LINUX-SYSTEMAUFRUFEN UNIX/Linux-Interprozesskommunikation ( Nachrichtenwarteschlangen ) Wintersemester 201/17

2 Message Queues: Systemaufrufe msgget(...) legt neue Message Queue an oder greift auf existierende Message Queue zu msgsnd(...) fügt Nachricht in Message Queue ein ( message send ) msgrcv(...) entnimmt Nachricht aus einer Message Queue ( message receive ) msgctl(...) [ cotrol ] führt verschiedene Operationen (insbesondere an Verwaltungsstruktur) einer Message Queue aus; u.a. auch Löschen der gesamten Message Queue Wäscheleinen -Modell msgget erzeugt Wäscheleine hängt Wäschestücke auf msgsnd msgrcv entnimmt Wäschestücke ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-2

3 Message Queues: msgget(..) legt neue Message Queue an oder greift auf existierende Message Queue zu Verwendung im Programm (Prinzip): int <id_q>; <id_q> = msgget(<key>, <flag>); Konkretes Beispiel: int id; id = msgget(ipc_private, IPC_CREAT 044); Variable Symbol Typ Bedeutung Wert Interpretation <id_q> int Rückkehrwert 0 O.K. auf <id_q>: Identifikator der Warteschlange -1 Feh- Systemaufruf fehlgeschlagen ler <key> long numerischer bei Eintrag: IPC_PRIVATE wird Schlüssel Schlüssel durch UNIX/L. selbst erzeugt (siehe auch nachfolgende Hinweise) ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-3

4 Message Queues: msgget(..) legt neue Message Queue an oder greift auf existierende Message Queue zu Verwendung im Programm (Prinzip): int <id_q>; <id_q> = msgget(<key>, <flag>); Konkretes Beispiel: int id; id = msgget(20, IPC_CREATE 044); Variable Symbol Typ Bedeutung Wert Interpretation <flag> int Parameterwerte Beispieleintrag: IPC_CREAT 044 Anlegen neuer Warteschlange mit Zugriffsrechten: rw r--r-- wichtig: Zugriffsrechte unbedingt spezifizieren!!! Beispieleintrag: 0 (Null) Zugriff auf vorhandene Warteschlange ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-4

5 Schlüssel <key> Bei jedem Erzeugen einer Verwaltungsstruktur msqid_ds durch msgget(..) muss im Parameter <key> ein Schlüssel angegeben werden. Dieser hat Systemdatentyp key_t, der meist in der Header-Datei <sys/types.h> als long int definiert ist. Schlüssel wird vom Betriebssystemkern in Bezeichner umgewandelt. Hinweise: <key> ist Identifikator für Warteschlange bei Festlegung durch Nutzer: z.b. ganzzahligen Wert eintragen Für Arbeit mehrerer Prozesse mit gleicher Warteschlange: gleichen <key> verwenden! ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-5

6 Message Queues: msgsnd(..) fügt Nachricht in Message Queue ein ( SENDEN ) Verwendung im Programm (Prinzip): Konkretes Beispiel: int <result>; <result>= msgsnd(<id_q>, <ptr>, <size>, <flag>); int x; x = msgsnd(idq, &msg, MSGSIZE, IPC_NOWAIT); Variable Symbol Typ Bedeutung Wert <result> int Interpretation Rückkehrwert > 0 O.K. Systemaufruf erfolgreich -1 Feh- Systemaufruf fehlgeschlagen ler <id_q> int Identifikator der Warteschlange (= Rückkehrwert von msgget(..) ) ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5 -

7 Message Queues: msgsnd(..) fügt Nachricht in Message Queue ein ( SENDEN ) Verwendung im Programm (Prinzip): Int <result>; <result> = msgsnd(<id_q>, <ptr>, <size>, <flag>); Variable Symbol Typ <ptr> *struct Bedeutung Zeiger (pointer) auf die Nachricht <size> int Länge der Nachricht (ohne Typfeld) <flag> int Steuerparameter für Nachrichten- Einfügevorgang Konkretes Beispiel: int x; x = msgsnd(idq, &msg, MSGSIZE, IPC_NOWAIT); Interpretation bzw. Parameterwerte Beispieleintrag:IPC_NOWAIT bei voller Warteschlange kehrt Auftrag sofort zurück (asynchrones Verhalten) Beispieleintrag:0 (Null) bei voller Warteschlange Blockierung bis wieder Platz vorhanden (synchrones Verhalten) ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-7

8 Message Queues: msgrcv(..) entnimmt Nachricht aus Message Queue ( Empfangen receive ) Verwendung im Programm (Prinzip): int <result>; <result>= msgrcv(<id_q>, <ptr>, <size>, <type>, <flag>); Konkretes Beispiel: int x; x = msgrcv(idq, &msg, MSGSIZE, 5, IPC_NOWAIT); Variable Symbol Typ Bedeutung Wert Interpretation <result> int Rückkehrwert > 0 O.K. Systemaufruf erfolgreich <id_q> int Identifikator der Warteschlange (= Rückkehrwert von msgget(..) ) -1 Feh- Systemaufruf fehlgeschlagen ler ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-8

9 Message Queues: msgrcv(..) entnimmt Nachricht aus Message Queue ( Empfangen receive ) Verwendung im Programm (Prinzip): Konkretes Beispiel: int <result>; <result> = msgrcv(<id_q>, <ptr>, <size>, <type>, <flag>); Variable Symbol Typ <ptr> *struct Bedeutung Zeiger zu Aufnahmebereich für Nachricht <size> int Länge der Nachricht (ohne Typfeld) <type> int Steuerparameter für Nachrichten- Entnahmevorgang int x; x = msgrcv(idq, &msg, MSGSIZE, 5, IPC_NOWAIT); Interpretation bzw. Parameterwerte mögliche Einträge: 0 erste Nachricht >0 erste Nachricht dieses Typs <0 erste Nachricht des niedrigsten Typs <= type ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-9

10 Message Queues: msgrcv(..) entnimmt Nachricht aus Message Queue ( Empfangen receive ) Verwendung im Programm (Prinzip): int <result>; <result> = msgrcv(<id_q>, <ptr>, <size>, <type>, <flag>); Konkretes Beispiel: int x; x = msgrcv(idq, &msg, MSGSIZE, 5, IPC_NOWAIT); Variable Symbol Typ Bedeutung <flag> int Steuerparameter für Nachrichten- Entnahmeprozess Interpretation bzw. Parameterwerte Beispieleintrag:IPC_NOWAIT wenn keine passende Nachricht, kehrt Auftrag sofort zurück (asynchrones Verhalten) Beispieleintrag:0 (Null) wenn keine passende Nachricht, Blockierung bis passende Nachricht eintrifft (synchrones Verhalten) Hinweise: Message-<type> kann z.b. genutzt werden, um an unterschiedliche Klienten zu senden (allgemein: Trennen von Nachrichten verschiedener Typen ) ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-10

11 Beispielprogramm send.c #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> #define MSGSIZE 40 struct message{ long msgtype; char msgtext[msgsize]; }; charmessagetext[]="this is my message: Winter is coming now."; ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-11

12 Beispielprogramm send.c 9 main() { int id_q; struct message msg_snd; int result_snd; int i; id_q = msgget(10, IPC_CREAT 0700 ); printf("id_q = %d\n", id_q); msg_snd.msgtype = 5; for (i=0; i<=40; i++) msg_snd.msgtext[i]=messagetext[i]; } result_snd = imsgsnd( d_q, &msg_snd, MSGSIZE, IPC_NOWAIT ); printf("result_snd = %d\nnachricht:\n%40s\n", result_snd, \ msg_snd.msgtext); ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-12

13 #include-dateien Message Queues benötigen: #include <stdio.h> // zur Ausführung von E/A-Operationen #include<sys/types.h> // wegen der Definition spezieller Datentypen // siehe z.b. in den Datenstrukturen semid_ds // und sem #include<sys/ipc.h> // allgemeine Definitionen für UNIX-IPC #include <sys/msq.h> // spezielle Definitionen zu Message Queues ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-13

14 Beispielprogramm receive.c #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> #define MSGSIZE 40 struct message{ long msgtype; char msgtext[msgsize]; }; ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-14

15 Beispielprogramm receive.c 9 main() { } int id_q; struct message msg_rcv; int result_rcv; id_q= msgget( 10, 0 ); printf("id_q = %d\n", id_q); result_rcv = msgrcv(id_q, &msg_rcv, MSGSIZE, 5, IPC_NOWAIT); printf("result_rcv = %d\nnachricht:\n%40s\n", result_rcv, \ msg_rcv.msgtext); ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-15

16 Struktur msqid_ds zu jeder Message Queue gehört Verwaltungsstruktur msqid_ds enthält alle Meta-Daten der Message Queue struct msqid_ds{ structipc_perm msg_perm; /* Zugriffsberechtigungen, Eigentümer, Gruppe etc. */ structmsg *msg_first; /* Zeiger auf erste Nachricht */ structmsg *msg_last; /* Zeiger auf letzte Nachricht */ unsignedlongmsg_cbytes; /* Anzahl der Bytes in der Warteschlange */ unsigned long msg_qnum; /* Anzahl der Nachrichten in der Warteschlange */ unsignedlongmsg_qbytes; /* Maximalzahl an Byte in der Warteschlange */ pid_t msg_lspid; /* Prozess-Nr. für letztes msgsnd(..) */ pid_t msg_lrpid; /* Prozess-Nr. für letztes msgrcv(..) */ }; time_t msg_stime; /* Zeit des letzten msgsnd(..) */ time_t msg_rtime; /* Zeit des letzten msgrcv(..) */ time_t msg_ctime; /* Zeit, zu der diese Struktur zuletzt geändert wurde */ ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-1

17 Struktur ipc_perm ( ipc permissions ) spezifiziert Zugriffsrechte struct ipc_perm{ uid_t uid; /* effektive Benutzernummer des Eigentümers */ gid_t gid; /* effektive Gruppennummer des Eigentümers */ uid_t cuid; /* effektive Benutzernummer des Erzeugers */ gid_t cgid; /* effektive Gruppennummer des Erzeugers */ }; mode_t mode; /* Zugriffsmodus */ unsignedlong seq; /* Zähler der Verwendung der IPC-Struktur */ key_t key; /* Schlüssel */ ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-17

18 Message Queues: msgctl(..) ( control ) Ausführung verschiedener Operationen auf Message Queue Verwendung im Programm (Prinzip): int <result>; <result>= msgctl(<id_q>, <cmd>, *<buf>); Konkretes Beispiel: int x; x = msgctl(idq, IPC_SET, &Puffer); Variable Symbol Typ Bedeutung Wert <result> int Interpretation Rückkehrwert > 0 O.K. Systemaufruf erfolgreich -1 Feh- Systemaufruf fehlgeschlagen ler <id_q> int Identifikator der Warteschlange (= Rückkehrwert von msgget(..) ) ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-18

19 Message Queues: msgctl(..) ( control ) Ausführung verschiedener Operationen auf Message Queue Verwendung im Programm (Prinzip): int <result>; <result> = msgctl(<id_q>, <cmd>, *<buf>); Konkretes Beispiel: int x; x = msgctl(idq, IPC_SET, &Puffer); Variable Symbol Typ <cmd> int Bedeutung Kommando Interpretation bzw. Parameterwerte Befehl zur Ausführung auf durch <id_q> definierter Message Queue Möglichkeiten: IPC_STAT: kopiert msqid_ds-struktur aus dem UNIX/Linux- Kern in Puffer im Anwenderprogramm, welcher durch <buf>-parameter spezifiziert IPC_SET: kopiert aus Puffer im Anwenderprogramm in Struktur im UNIX/L.-Kern; damit Setzen (Festlegen) der im Kern gültigen Werte IPC_RMID: Löschen der Message Queue und aller darin enthaltenen Nachrichten ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-19

20 Message Queues: msgctl(..) ( control ) Ausführung verschiedener Operationen auf Message Queue Verwendung im Programm (Prinzip): int <result>; <result> = msgctl(<id_q>, <cmd>, *<buf>); Konkretes Beispiel: int x; x = msgctl(idq, IPC_SET, &Puffer); Variable Symbol Typ *<buf> *struct Bedeutung Puffer Interpretation bzw. Parameterwerte Zeiger auf eine structurevom Typ msqid_dsim Adressraum des Nutzerprozesses. Deren Inhalt wird je nach Kommando mit Inhaltder äquivalenten Struktur im UNIX/Linux-Kern getauscht. D.h. IPC_SETschreibt Inhalt der Struktur im Nutzerbereich in äquivalente Kernstruktur, IPC_STATholt im Kern gesetzte Werte in den Nutzerprozess und ermöglicht so Auswertung im Nutzerprozess. ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-20

21 Beispielprogramm ctl.c #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> #define MSGSIZE 40 struct message{ long msgtype; char msgtext[msgsize]; }; char MESSAGETEXT[ ]="This is my message: Winter is coming now."; ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-21

22 Beispielprogramm ctl.c 9 main() { int id_q; struct message msg_snd; int result_snd; struct msqid_ds puffer; int result_ctl; int i; id_q = msgget(10, IPC_CREAT 0700); printf("id_q = %d\n", id_q); msg_snd.msgtype = 5; for (i=0; i<=40; i++) msg_snd.msgtext[i]=messagetext[i]; result_snd= msgsnd(id_q, &msg_snd, MSGSIZE, IPC_NOWAIT); printf("result_snd = %d\nnachricht:\n%40s\n", result_snd, \ msg_snd.msgtext); ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-22

23 Beispielprogramm ctl.c 9 } result_ctl = msgctl(id_q, IPC_STAT, &puffer); printf("\nresult_ctl = %d\n\n", result_ctl); printf("anzahl Bytes: %d\n", puffer.msg_cbytes); printf("anzahl Nachrichten: %d\n", puffer.msg_qnum); printf("maximalzahl Bytes: %d\n\n", puffer.msg_qbytes); printf("prozess-id letztes Send: %d, laufender Prozess: %d\n", puffer.msg_lspid, getpid()); printf("prozess-id letztes Receive: %d\n\n", puffer.msg_lrpid); ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-23

24 Aufgabenstellung (Anregungen) 1. Analysieren Sie die C-Programme send.cund receive.cund kompilieren Sie diese. 2. Führen Sie sendeinmal aus und informieren Sie sich mit ipcs qüber das Ergebnis. 3. Führen Sie sendmindestens noch einmal aus und informieren Sie sich wiederum mit ipcs q über das Ergebnis. 4. Führen Sie jetzt mehrmals receiveaus und studieren Sie Rückkehrwerte und Ergebnis. 5. Beschäftigen Sie sich mit dem Programm ctl.c in der vorliegenden Form werden genauere Informationen über die angelegte Message Queue ausgegeben. ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-24

25 Aufgabenstellung (Anregungen). Jetzt können Sie experimentieren, z.b. - Weglassen der Zugriffsrechte beim Erzeugen einer message queue - receive mit anderem msgtype - mehrere Sender (mit unterschiedlichen Nachrichten und msgtype s) - unterschiedliche Empfänger (für unterschiedliche Nachrichtentypen) Beschäftigen Sie sich auch mit den Optionen beim ipcs-aufruf. Untersuchen Sie insbesondere auch die Ausgaben für -u und -l. 8. Versuchen Sie dem Rückkehrwert von msgrcv(..) eine Bedeutung zuzuordnen. 9. In welcher Header-Datei (*.h-datei) sind IPC_PRIVATE, IPC_NOWAITund IPC_CREAT jeweils definiert? 10. Löschen Sie am Ende bitte alle von Ihnen angelegten Message Queues! ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-25

26 Informationen über Message Queues: Kommando ipcs Formen : ipcs-q messagequeues (allgemeine Angaben) ipcs-qt t: time (alle Zeitangaben) ipcs-qc c: creator (Erzeuger und Eigentümer der Strukturen) ipcs-qp p: pid (lspid und lrpid siehe Struktur msqid_ds) ipcs-qu u: summary (zusammenfassende Informationen) ipcs-ql l: limits (Maximalwerte für diese UNIX-Implementation) ipcs-q -i <id> Ausg. nur für durch Identifizierer <id> spez. Ressource ipcs -h -h help (Infos über Kommandobenutzung) ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-2

27 Löschen von Message Qeues: Kommando ipcrm Formen : ipcrm-q<id_q> ipcrm-q<key> durch Angabe des Identifizierers (Rückkehrwert) durch Angabe des Schlüssels (key) ENDE 5 ws 201/17 H.-A. Schindler Folie: 5-27