SOP322/ćw - temat B

Funkcje systemowe Unixa

Pojęcia Unix-owe, które powinniśmy rozumieć:

• proces macierzysty i potomny, uruchamianie programów:
• tworzenie procesu potomnego, fun. sys. fork()
• oczekiwanie na zakończenie procesu potomnego, fun. sys. wait()
• uruchamianie programów w procesie, fun. sys. exec*()
• deskryptory do plików, przeadresowywanie, fun. sys. dup2()
• łącza nienazwane; deskryptory do końcówek łączy, prawa rządzące łączami
• parametry i środowisko (zmienne środowiska) procesu/programu

1. Literatura

2. Tworzenie procesów i uruchamianie programów

• w procesie potomnym fork() zwraca 0
• w procesie macierzystym fork() zwraca PID procesu potomnego

void exit(int kod_zakończenia)

int wait ( int *status );

niech: status == HHLL (4 cyfry hex)

• potomek zakończył się przez wywołanie "exit(y)"; wtedy HH=y, LL=0
• potomek zakończył się z powodu sygnału; wtedy HH=0, 7-my bit LL zawiera 1 jeśli wygenerowano plik "core", bity 6-0 LL zawierają nr sygnału

int exec*(...)

int execl (
        const char *path,
        const char *arg,
        ...  );
int execv (
        const char *path,
        char * const argv[ ] );
int execle (
        const char *path,
        const char *arg,
        ...
        char * const envp[ ] );
int execve (
        const char *path,
        char * const argv[ ],
        char * const envp[ ] );
int execlp (
        const char *file,
        const char *arg,
        ... );
int execvp (
        const char *file,
        char * const argv[ ] );

   "v" oznacza, ze parametry są przekazywanie przez tablice wskazań
           char *v[]={"ls", "-l", NULL};
           execv("/bin/ls", v);

   "l" oznacza, ze parametry są przekazywanie przez listę
           execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);

   "p" nie potrzeba podawać pełnej ścieżki do pliku z programem;
       będzie wykorzystywana zmienna PATH
           execlp("ls", "ls", "-l", NULL);

   "e" oznacza, ze podajemy nowe środowisko za pomocą tablicy wskazań
       do napisów "zmienna=wartosc".
           char *v[]={"zmienna1=wart1", "zmienna2=wart2", NULL};
           execle("./prog", "prog", "par1", "par2", NULL, v);
       UWAGA: jeśli nie ma literki "e" to środowisko pozostaje takie
       jakie było przed wykonaniem exec*() !!!

   main(int argc, char *argv[], char *env[]) 
   { 
      int i; char **c;
      for(i=0; i<argc; i++) printf("%s\n", argv[i]);
        // wyswietlanie argumentow

      c=env; while(*c) printf("%s\n", *c++);
        // wyświetlanie środowiska

      c=environ; while(*c) printf("%s\n", *c++);
        // wyświetlanie środowiska innym sposobem
   }

Teraz mały przykład (fork02.cc). W przykładzie tym tworzona jest zmienna środowiska o nazwie QWERTY i wartości 123456; następnie proces tworzy proces potomny który dziedziczy m.in. zmienne środowiska, a więc i zmienną QWERTY. Potem proces potomny uruchamia program "env" wyświetlający zmienne środowiska. Po wywołaniu execl() proces posiada te same zmienne środowiska co przed wywołaniem execl(), dlatego zmienna QWERTY także zostanie wyświetlona.

Zadanie 40
Napisz program podobny do "fork01.cc", który stworzy "drzewko procesów", takie jak na następującym rysunku; obok procesów podane jest ile czasu mają "spać"; spanie realizujemy uruchamiając program sleep (a nie przy pomocy fun.sys/bibl sleep() !!!); procesy macierzyste czekają na procesy potomne; wszystkie procesy powinny wyświetlać napisy informujące o swoich poczynaniach podobnie jak to było w przykładzie "fork01.cc"; użyj komentarzy "// pm", "// pp1", "// pp2" itp aby ułatwić sobie zadanie !).

 

3. Łącza

3.1. Łącza nienazwane

int pipe ( int filedes[2] );

Funkcja ta tworzy łącze i przydziela dwa deskryptory, dające dostęp do jego końcówek, które umieszcza w podanej przez parametr tablicy 2 integer-ów:

• filedes[0] - końcówka do czytania
• filedes[1] - końcówka do pisania

--> jeśli ktoś ma łącze otwarte do zapisu, lecz jest ono PUSTE - to fun. "read()" blokuje, tak długo aż nie pojawią się jakies znaki. Jeśli w pewnym momencie okaże się, ze nie ma procesow, ktore maja to łącze otwarte do zapisu to fun. "read()" przestanie blokować i zwroci 0.

--> jeśli piszemy funkcją "write()" do łącza, ktorego NIKT nie ma otwartego do czytania, to jest wysylany sygnal SIGPIPE do procesu wywołującego write(), a sama funkcja "write()" kończy dzialanie z błędem.

--> jesli ktoś ma łącze otwarte do czytania, lecz uległo ono PRZEPEŁNIENIU, to fun. "write()" bedzie blokować, o ile liczba zapisywanych danych jest <= od stałej PIPE_BUF (jeśli jest większa od PIPE_BUF to write() może zapisać mniej niż zażądaliśmy ! [wg książki Bacha, str 127]).  Jesli w pewnym momencie okaże się, że nie ma procesów, ktore maja to łącze otwarte do czytania to fun. "write()" zakonczy się błędem i do procesu wywołującego write() będzie wyslany SIGPIPE.

Przykład użycia pipe() w programie, w języku C:

  struct {int do_czytania,do_pisania;} L;
    // struktura "L" pozwala na bardziej czytelny dostęp do końcówek łącza
    // niż tablica 2 integer-ów !
  pipe((int *)&L);

  write(L.do_pisania, "ABC", 3);
    // zapis do łącza

  char buf[10]; int i;
  i=read(L.do_czytania, buf, 10);
    // odczyt z łącza

Zadanie 41
Napisz program uruchamiający "cat" w procesie potomnym. Proces macierzysty ma się z nim komunikować przy pomocy 2 łączy. Proces macierzysty wysyła napisy do procesu potomnego i otrzymuje od niego "echo" (które wyświetla na terminalu). Gdy proces macierzysty zamknie łącze do zapisu to proces potomny powinien się automatycznie zakończyć. Przypominam że program "cat" przepisuje stdin na stdout.

3.2. Potoki

Przyklad "potok.cc" (+unix.h). Jest to program tworzący potok z komend podanych jako parametry, w którym NIE MOŻNA podawać parametrów komend. Sposób użycia:

   potok ls cat cat cat cat

   potok2 ls -l \| cat \| cat \| grep txt \| cat

1. jak wygląda "pokrewieństwo" procesów tworzonych przez "potok2.cc" ?
2. jaką własność powinien mieć program uruchamiany "w środku" potoku  przy pomocy jednego z powyższych programów aby wszystko działało tak jak się tego spodziewamy ? (ma to związek z stdin i stdout czyli deskryptorami 0 i 1)
3. jeśli wydamy polecenie "potok cat cat cat cat" to wprowadzane linie tekstu będą przepisywane na terminal; jeśli naciśniemy Ctrl-D to 4 procesy "cat" będą się prawidłowo i po kolei kończyć; dlaczego tak się dzieje ? - wyjaśnij to dokładnie
4. co by się stało i dlaczego gdyby funkcja ZamknijLacza() była "pusta",
po uruchomieniu
     potok2 cat \| cat \| cat
i po wpisaniu kilku linii tekstu oraz naciśnięciu Ctrl-D ? 

UWAGA: Ctrl-D nie powoduje wysłania sygnału jak to czyni Ctrl-C czy też Ctrl-Z !.

Zadanie 43
Do mini-powłoki z przykładu mini03.cc (+unix.h) dodaj możliwość uruchamiania potoków:

    ls -l -a | cat | grep txt | sort | more

    cat | cat | cat
      # wpisz z klawiatury jakiś tekst +enter
      # i wszystkie wydruki generowane przez powłokę umieść w sprawozdaniu

Ponadto pokaż wszystkie procesy utworzone przez mini-powłokę po uruchomieniu 
powyższego potoku (polecenie "ps -t terminal" wydane z innego terminala). 

    export zmienna = wartość
      # dla uproszczenia zakładamy że wartość jest jednym słowem !

Wskazówka:  Środowisko uruchamianego programu ma zawierać zmienne środowiska zdefiniowane w mini-powłoce poleceniem "export" ORAZ niektóre przydatne zmienne np HOME i PATH. Należy zadeklarować zmienną zewnętrzną:

    extern char **environ;

Zadanie 45

   cykl ile_proc prog -par1 -par2

   cykl 20 leaderel

Różne wnioski:

Zadanie 46
Napisz program "testcyklu", który może być uruchamiany w przy pomocy programu "cykl" z powyższego zadania, a którego celem jest zbadanie czasu przebiegu komunikatu przez cykl. Program "testcyklu" powinien zawierac procedurę JestemLiderem() zwracająca 1 w procesie który został wybrany jako lider, a 0 w pozostałych procesach. Program "testcyklu" powinien najpierw wywołać powyższą procedurę, a następnie lider powinien 50-krotnie wysłać komunikat kontrolny do 4 i odebrac go z 3 [sprawdzając czy nie wystąpił jakiś błąd]. Czas powyższej operacji powinien być mierzony w następujący sposób:

#include <time.h>
timeval czas0, czas1;
gettimeofday(&czas0,0);
//
// operacje których czas mierzymy
//
gettimeofday(&czas1,0);
RoznicaCzasu(czas0, czas1);

void RoznicaCzasu(timeval &c0, timeval &c1)
{
  if( c0.tv_sec==c1.tv_sec)
    printf("czas=%li\n", (long)(c1.tv_usec-c0.tv_usec));
  else
    printf("czas=...\n");
}

cykl 10 testcyklu
cykl 20 testcyklu
cykl 40 testcyklu