Tafelübung zu BS 4. Interprozesskommunikation
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- Peter Färber
- vor 8 Jahren
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1 Tafelübung zu BS 4. Interprozesskommunikation Olaf Spinczyk Arbeitsgruppe Eingebettete Systemsoftware Lehrstuhl für Informatik 12 TU Dortmund 1
2 Agenda Quizfragen zum Vorlesungsstoff Besprechung Aufgabe 3: Der Fernseher und die X-Box Aufgabe 4: Speicherverwaltung Wiederholung Buddy-Algorithmus Replikator (Sockets) - Was sind Sockets? - Domänen - Welche Typen und Protokolle gibt es? - Programmierung mit Sockets BS: U4 Interprozesskommunikation 2
3 Quizfragen zum Vorlesungsstoff Welche der folgenden Aussagen sind wahr, welche sind falsch? Warum? 1. Beim Buddy-Verfahren gibt es nur internen Verschnitt. BS: U4 Interprozesskommunikation 3
4 Quizfragen zum Vorlesungsstoff Welche der folgenden Aussagen sind wahr, welche sind falsch? Warum? 2. Werden in einem Programm nur Semaphoren zur Synchronisation verwendet, können keine Livelocks (aktives Warten) auftreten. BS: U4 Interprozesskommunikation 5
5 Quizfragen zum Vorlesungsstoff Welche der folgenden Aussagen sind wahr, welche sind falsch? Warum? 3. Bei Shortest-Process-Next (SPN) besteht die Gefahr der Aushungerung. BS: U4 Interprozesskommunikation 7
6 Quizfragen zum Vorlesungsstoff Welche der folgenden Aussagen sind wahr, welche sind falsch? Warum? 4. Der Bäckerei-Algorithmus ist eine mögliche Implementierung von Semaphoren in Betriebssystemen. BS: U4 Interprozesskommunikation 9
7 Quizfragen zum Vorlesungsstoff Welche der folgenden Aussagen sind wahr, welche sind falsch? Warum? 5. Beim Short-Term-Scheduling kann ein Prozess direkt vom Zustand BLOCKED in den Zustand RUNNING wechseln. BS: U4 Interprozesskommunikation 11
8 Quizfragen zur C-Programmierung Was tut dieser Code? 6. Was ist der Unterschied zwischen if (a & 3 == 3) {... } if ((a & 3) == 3) {... } BS: U4 Interprozesskommunikation 13
9 Quizfragen zur C-Programmierung Noch eine abschließende Quizfrage zu Pointerarithmetik Was ist der Unterschied zwischen /* ptr hat einen gueltigen Wert */ return ((char *)ptr) + 1;... und... /* ptr hat einen gueltigen Wert */ return ((int *)ptr) + 1;...? BS: U4 Interprozesskommunikation 15
10 Besprechung Aufgabe 3 Foliensatz Besprechung BS: U4 Interprozesskommunikation 17
11 A4: Speicherverwaltung Speicherplatzierungsstrategie First Fit - erste passende Lücke Rotating First Fit / Next Fit - wie First Fit, aber Start bei der zuletzt zugewiesenen Lücke - vermeidet viele kleine Lücken am Anfang der Liste (wie bei First Fit) Best Fit - kleinste passende Lücke Worst Fit - größte passende Lücke Buddy-Verfahren - sukzessives Halbieren des freien Speichers - bis zum Best Fit der angeforderten Speichermenge BS: U4 Interprozesskommunikation 18
12 A4: Buddy-Algorithmus: Reservierung Suche nach einem Speicherbereich, der die passende Größe hat (minimaler Block mit der Größe 2 k angeforderter Speicher) wird ein Speicherbereich der Größe 2 n gefunden reservieren, Ende sonst versuche diesen wie folgt zu erzeugen: 1. teile einen freien Speicherbereich > 2 n (kleinstmöglich!) in zwei Hälften 2. ist eine Hälfte von der Größe 2 n (oder die untere Grenze erreicht) reservieren, Ende 3. gehe zu 1. Bsp.: Anforderung von 200KiB (auf 2 n aufgerundet: 256KiB) 1024KiB 512KiB 512KiB 256KiB 256KiB 512KiB BS: U4 Interprozesskommunikation 19
13 A4: Buddy-Algorithmus: Freigabe Gebe den Speicherbereich frei und betrachte den angrenzenden Buddy ist dieser ebenfalls nicht belegt, so fasse diese beiden zusammen wiederhole die Zusammenfassung von Buddies, bis ein Speicherbereich belegt oder der ganze Speicher freigeben ist Buddies 256KiB 256KiB 512KiB 512KiB 512KiB 1024KiB BS: U4 Interprozesskommunikation 20
14 A4: Interprozesskommunikation Szenario: Replikator Arbeitsgruppe fiktionale Technologien der E-Technik hat einen Replikator entwickelt Eure Aufgabe: Entwicklung der passenden Software für Replikator und Client - Client schickt Daten von dem zu replizierenden Objekt an Replikator - Replikator empfängt die Daten, repliziert das Objekt und schickt eine Erfolgsmeldung an Client Umsetzung mittels Sockets: a) verbindungslose Kommunikation (Datagram Sockets) b) verbindungsorientierter Kommunikation (Stream Sockets) c) mehrere Clients sollen eine Verbindung zum Replikator herstellen können (*-Aufgabe) BS: U4 Interprozesskommunikation 21
15 A4: Sockets Allgemeine Kommunikationsendpunkte Bidirektional Gepuffert Abstrahiert von Details des Kommunikationssystems Beschrieben durch Domäne (Protokollfamilie), Typ und Protokoll Prozess 1 Socket Socket Prozess 3 Socket Prozess 2 BS: U4 Interprozesskommunikation 22
16 A4: Sockets - Domänen UNIX Domain UNIX Domain Sockets verhalten sich wie bidirektionale Pipes Anlage als Spezialdatei im Dateisystem möglich Internet Domain Dienen der rechnerübergreifenden Kommunikation mit Internet Protokollen Domänen bestimmen mögliche Protokolle z.b. Internet Domain: TCP/IP oder UDP/IP Domänen bestimmen die Adressfamilie z.b. Internet Domain: IP-Adresse und Port-Nummer BS: U4 Interprozesskommunikation 23
17 A4: Sockets - Typ und Protokoll Die wichtigsten Sockettypen: stromorientiert, verbindungsorientiert und gesichert nachrichtenorientiert und ungesichert nachrichtenorientiert und gesichert Protokolle der Internet Domain: TCP/IP Protokoll - strom- und verbindungsorientiert, gesichert UDP/IP Protokoll - nachrichtenorientiert, verbindungslos, ungesichert - Nachrichten können verloren oder dupliziert werden - Reihenfolge kann durcheinander geraten - Paketgrenzen bleiben erhalten (Datagramm-Protokoll) Protokollangabe ist oft redundant BS: U4 Interprozesskommunikation 24
18 A4: Sockets - Programmierung Anlegen von Sockets Generieren eines Sockets mit... int socket (int domain, int type, int protocol); Adresszuteilung - Sockets werden ohne Adresse generiert - Adressenzuteilung erfolgt durch bind(); Parameter - domain: Adressfamilie (AF_UNIX, AF_INET,...) - type: Übertragungsart (SOCK_DGRAM, SOCK_STREAM,...) - protocol: Auswahl des Protokolls, falls mehrere Protokolle existieren (bei 0, üblicherweise UDP und TCP) Rückgabewert: -1 im Fehlerfall, ansonsten ein Filedeskriptor #include <sys/socket.h> / #include <sys/types.h> BS: U4 Interprozesskommunikation 25
19 A4: Sockets - Programmierung Adresszuteilung Socket wird an eine Adresse gebunden int bind (int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); Parameter - sockfd: Socket Filedeskriptor (Rückgabewert von socket();) - addr: Adresse an welche das Socket gebunden werden soll - addrlen: Länge der Adresse (sizeof(addr);) Rückgabewert: -1 im Fehlerfall, sonst 0 #include <sys/socket.h> / #include <sys/types.h> BS: U4 Interprozesskommunikation 26
20 A4: Sockets - Programmierung Datagram Sockets Kein Verbindungsaufbau notwendig Datagramm senden ssize_t sendto (int sockfd, const void *message, size_t length, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); Parameter - sockfd: Socket Filedeskriptor - message: zeigt auf die zu übertragende Nachricht - flags: verschiedene Optionen (siehe: man 2 sendto) - dest_addr: gibt die Zieladresse an Rückgabewert: -1 im Fehlerfall, ansonsten Anzahl der übertragenden Zeichen BS: U4 Interprozesskommunikation 27
21 A4: Sockets - Programmierung Datagram Sockets Kein Verbindungsaufbau notwendig Datagramm empfangen ssize_t recvfrom (int sockfd, void *buffer, size_t length, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); Parameter - sockfd: Socket Filedeskriptor - buffer: gibt an, wo die Nachricht gespeichert werden soll - flags: verschiedene Optionen (siehe: man 2 recvfrom) - src_addr: gibt an, wo die Adressdaten des Senders gespeichert werden Rückgabewert: -1 im Fehlerfall, ansonsten Anzahl der empfangenden Zeichen BS: U4 Interprozesskommunikation 28
22 A4: Sockets - Programmierung Stream Sockets (Verbindungsaufbau notwendig) Client (Benutzer, Benutzerprogramm) will zu einem Server (Dienstanbieter) eine Kommunikationsverbindung aufbauen Client: Verbindungsaufbau bei stromorientierten Sockets Verbinden des Sockets mit: int connect (int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); Rückgabewert: falls eine Verbindung aufgebaut wurde 0, sonst -1 Beenden der Verbindung mit int close (int sockfd); (schließt den Socket) BS: U4 Interprozesskommunikation 29
23 A4: Sockets - Programmierung Server: akzeptiert Anfragen/Aufträge bindet Socket an eine Adresse (sonst nicht erreichbar) bereitet Socket auf Verbindungsanforderungen vor durch int listen (int sockfd, int queuelen); akzeptiert einzelne Verbindungsanforderungen durch int accept (int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); - gibt einen neuen Socket zurück, der mit dem Client verbunden ist - blockiert, falls kein Verbindungswunsch vorhanden Schließt den neuen Socket mit close(2) BS: U4 Interprozesskommunikation 30
24 A4: Sockets - Programmierung Server: akzeptiert Anfragen/Aufträge Größe der Warteschlange bindet Socket an eine Adresse (sonst nicht erreichbar) für eingehende Verbindungsanfragen bereitet Socket auf Verbindungsanforderungen vor durch int listen (int sockfd, int queuelen); akzeptiert einzelne Verbindungsanforderungen durch int accept (int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); - gibt einen neuen Socket zurück, der mit dem Client verbunden ist - blockiert, falls kein Verbindungswunsch vorhanden Schließt den neuen Socket mit close(2) BS: U4 Interprozesskommunikation 31
25 A4: Sockets - Programmierung Stream Sockets Senden mit: (oder send(2)) ssize_t write (int fd, const void *buf, size_t count); - auf einen Filedeskriptor schreiben - Parameter: - fd: Socket Filedeskriptor - buf: Zeiger auf die zu übertragende Nachricht - count: Anzahl der Bytes die gesendet werden - #include <unistd.h> Empfangen mit: (oder recv(2)) ssize_t read (int fd, void *buf, size_t count); - von einem Filedeskriptor lesen - Parameter & Includes: siehe write(2) BS: U4 Interprozesskommunikation 32
26 A4: system(3) Bibliotheksfunktion die einen Shell-Befehl ausführt int system (const char *command); führt einen Befehl aus der mittels command spezifiziert wurde /bin/sh -c command kehrt zurück sobald der Befehl ausgeführt wurde Parameter - command: Zeiger auf den Befehl (String) Rückgabewert: -1 im Fehlerfall, sonst der Exit-Code des Befehls #include <sys/stdlib.h> Unterschied zu fork(2) + execlp(3)??? BS: U4 Interprozesskommunikation 35
27 A4: system(3) Bibliotheksfunktion die einen Shell-Befehl ausführt int system (const char *command); führt einen Befehl aus der mittels command spezifiziert wurde /bin/sh -c command kehrt zurück sobald der Befehl ausgeführt wurde Parameter - command: Zeiger auf den Befehl (String) Rückgabewert: -1 im Fehlerfall, sonst der Exit-Code des Befehls #include <sys/stdlib.h> Unterschied zu fork(2) + execlp(3) Kein Systemcall, sondern einfache Bibliotheksfunktion Komfort! BS: U4 Interprozesskommunikation 36
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