Sistemi Operativi I Corso di Laurea in Ingegneria Informatica Facolta di Ingegneria, Universita La Sapienza Docente: Francesco Quaglia

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1 Sistemi Operativi I Corso di Laurea in Ingegneria Informatica Facolta di Ingegneria, Universita La Sapienza Docente: Francesco Quaglia Scambio di messaggi: 1. Nozioni preliminari 2. Primitive 3. Indirizzamento 4. Formato dei messaggi 5. Scambio di messaggi in sistemi operativi attuali (NT/UNIX)

2 Motivazioni per la cooperazione tra processi Condivisione di informazioni esiste la possibilita' che processi di utenti distinti possano essere interessati agli stessi dati. Supporto alla modularita' esiste la possibilita' che piu' processi concorrano ad un unico scopo, ovvero allo scopo per cui il software stesso e progettato Accelerazione del calcolo in sistemi multiprocessore e' possibile, per ragioni di efficienza, che i processi che concorrono al predetto unico scopo siano eseguidi in reale concorrenza

3 Messaggi sono unita di dati che possono essere scambiate tra due o piu processi il deposito (spedizione) di un messaggio avviene in modo atomico l estrazione (ricezione) di un messaggio avviene anche essa in modo atomico due o piu processi non possono quindi scambiarsi frazioni di un messaggio non necessariamente i messaggi hanno la stessa taglia

4 Primitive di spedizione Send(destinazione, messaggio) Modello generale Modalita : 1. Sincrona: processo sospeso fino a che il buffer contenente il messaggio pou essere sovrascritto senza arrecare danni al messaggio appena spedito bloccante e non 2. Sincrona randez-vous: processo sospeso fino a che il messaggio non viene ricevuto (uso di acknowledgment) 3. Asincrona: possibilita di riutilizzo immediato del buffer contenente il messaggio (possibilita di sovrascrittura del messaggio in corso di spedizione) non bloccante

5 Primitive di ricezione Receive(sorgente, messaggio) Modello generale Modalita : 1. Bloccante: processo sospeso fino a che non arriva almeno un messaggio dalla sorgente specificata sincrona e non 3. Non-bloccante: il processo non viene sospeso neanche in caso un messaggio dalla sorgente specificata non sia disponibile sincrona e non nel caso di randez-vous la ricezione necessita di gestione di acknowledgment verso la sorgente del messaggio

6 Tecniche di indirizzamento Diretta Sorgenti e destinazioni coincidono con identificatori di processi (uso di wilde-cards in caso l identificazione della sorgente non sia rilevante) Esempio Send(P,message) Receive(Q,message) Indiretta Sorgenti e destinazioni coincidono con identificatori di mailbox (o code di messaggi) che fungono da deposito per i messaggi stessi Le mailbox possono essere associate o non ad uno specifico processo (effetti sulla distruzione della mailbox alla terminazione del processo) Esempio Possibilita di relazione uno-a-molti e molti-a-molti Send(A,message) Receive(A,message)

7 Buffering In memoria kernel non e necessario che sia impostata una receive() all atto dell arrivo del messaggio la capacita di bufferizzazione puo essere nulla, limitata o illimitata in caso di capacita nulla un solo messaggio alla volta puo essere in transito (tipico del randez-vous) e possibile definire un timeout per la bufferizzazione di un messaggio, allo scadere del quale il messaggio viene scartato In memoria utente e necessario che sia impostata una receive() all atto dell arrivo del messaggio in caso la receive() non e impostata, il messaggio in transito viene perso

8 Formato dei messaggi Tipo del messaggio Destinazione Sorgente Lunghezza Informazioni di controllo Campi tipici (ma non necessari) per applicazioni basate su scambio di messaggi Contenuto La definizione di questi campi come parte del contenuto del messaggio puo essere a carico delle applicazioni e non del sistema operativo Il tipo e le informazioni di controllo possono determinare l ordine di consegna dei messaggi stessi

9 Spazio indirizzamento Proc. A Code di messaggi UNIX Spazio indirizzamento Proc. B Deposito di messaggio Estrazione di messaggio Coda di messaggi (memoria kernel) send sincrona (bloccante o non) receive bloccante (sincrona) e non bloccante (sincrona) buffering in memoria kernel ed a capacita limitata indirizzamento indiretto il sistema operativo gestisce il campo TIPO del messaggio (possibilita di supporto al multiplexing) il contenuto di un messaggio ha taglia tipicamente variabile ma limitata superiormente

10 Creazione di una coda di messaggi int msgget(key_t key, int flag) Descrizione Parametri invoca la creazione una coda di messaggi 1) key: chiave per identificare la coda di messaggi in maniera univoca nel sistema 2) flag: specifica della modalita di creazione (IPC_CREAT, IPC_EXCL, definiti negli header file sys/ipc.h e sys/msg.h) e dei permessi di accesso Descrizione identificatore numerico per l'accesso alla coda in caso di successo (descrittore di coda), -1 in caso di fallimento NOTA Il descrittore indicizza questa volta una struttura unica valida per qualsiasi processo

11 Controllo su una coda di messaggi int msgctl(int ds_coda, int cmd, struct msquid_ds *buff) Descrizione Parametri invoca l esecuzione di un comando su una coda di messaggi 1) ds_coda: descrittore della coda su cui s vuole operare 2) cmd: specifica del comando da eseguire (IPC_RMID, IPC_STAT, IPC_SET) 3) buff: puntatore al buffer con eventuali parametri per il comando Descrizione -1 in caso di fallimento IPC_RMID invoca la rimozione della coda dal sistema

12 Spedizione/ricezione di messaggi int msgsnd(int ds_coda, const void *buff, size_t nbyte, int flag) Descrizione Parametri invoca la spedizione di un messaggio su una coda 1) ds_coda: descrittore della coda su cui si vuole operare 2) buff: puntatore al buffer che contiene il messaggio 3) nbyte: taglia del messaggio, in byte 4) flag: opzione di spedizione (IPC_NOWAIT e non bloccante) Descrizione -1 in caso di fallimento int msgrcv(int ds_coda, const void *buff, size_t nbyte, long type, int flag) Descrizione Parametri invoca la ricezione di un messaggio da una coda 1) ds_coda: descrittore della coda su cui si vuole operare 2) buff: puntatore al buffer che dovra contiene il messaggio 3) nbyte: numero massimo di byte del messaggio da ricevere 4) type: tipo del messaggio da ricevere 5) flag: opzione di spedizione (IPC_NOWAIT e non bloccante) Descrizione -1 in caso di fallimento

13 Gestione dei tipi di messaggi il tipo di un messaggio e specificato nei primi byte del contenuto del messaggio stesso il processo che spedisce il messaggio si fa carico di definire il tipo e scriverlo all interno del contenuto tipo 0 in ricezione significa gestione FIFO tipo X>0 in ricezione significa che siamo interessati solo a messaggi di tipo X tipo X<0 in ricezione significa che siamo interessati a tutti i messaggi di tipo compreso tra 0 ed X (l ordine di estrazione segue il valore crescente del tipo) il ricevente viene sempre a sapere il tipo esatto del messaggio ricevuto poiche esso e codificato nei primi 4 byte del contenuto del messaggio

14 Esempio di applicazione: trasferimento stringhe tra processi #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> #include <stdio.h> #define TAGLIA 128 typedef struct{ long mtype; char mtext[taglia]; msg; int ris; void produttore(int ds_coda) {/* lettura delle stringhe e spedizione sulla coda */ msg messaggio; printf("digitare le stringhe da trasferire (quit per terminare):"); do { scanf("%s",messaggio.mtext); messaggio.mtype = 1; ris = msgsnd(ds_coda, &messaggio, TAGLIA, IPC_NOWAIT); if ( ris == -1 ) printf("errore nella chiamata msgsnd"); while( (strcmp(messaggio.mtext,"quit")!= 0)); exit(0); continua

15 void consumatore(int ds_coda) { /* ricezione delle stringhe e visualizzazione sullo standard output */ msg messaggio; do { ris = msgrcv(ds_coda, &messaggio, TAGLIA, 1, 0); if ( ris == -1 ) printf("errore nella chiamata msgrcv"); printf("%s\n", messaggio.mtext); while( (strcmp(messaggio.mtext,"quit")!= 0)); exit(0); int main(int argc, char *argv[]) { int des_coda, status; long chiave = 40; des_coda = msgget(chiave, IPC_CREAT IPC_EXCL 0666); if ( des_coda == -1 ) printf("errore nella chiamata msgget"); if ( fork()!=0 ) { if ( fork()!=0 ) { wait(&status); wait(&status); else produttore(des_coda); else consumatore(des_coda); ris = msgctl(des_coda, IPC_RMID, NULL); if ( ris == -1 ) printf("errore nella chiamata msgctl");

16 Mailslot NT/2000 send asincrona o sincrona (bloccante o non) receive bloccante e non bloccante (sincrone o non) buffering in memoria kernel ed a capacita limitata indirizzamento indiretto nessuna gestione della tipologia di messaggi (no multiplexing) il contenuto di un messaggio ha taglia tipicamente variabile La comunicazione avviene come scritture e letture simili a quelle su file Ogni lettura ha effetto di estrarre tutto il messaggio scritto Si ha errore se la lettura stessa chiede l estrazione du un numero di byte inferiore rispetto all intero contenut del messaggio

17 Creazione di un Mailslot HANDLE Creat slot(LPCTSTR lpname, DWORD nmaxmessagesize, DWORD lreadtimeout, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsecurityattributes) Descrizione invoca la creazione di un mailslot Restituzione un handle al nuovo mailslot in caso di successo, INVALID_HANDLE_VALUE in caso di fallimento

18 Parametri lpname: nome per identificare il mailslot in maniera univoca nel sistema nmaxmessagesize: massima dimensione del messaggio che puo essere scritto nel mailslot lreadtimeout: tempo (in millisecondi) che una operazione di lettura su un Mailslot vuoto attende prima di ritornare (MAILSLOT_WAIT_FOREVER per aspettare indefinitamente) lpsecurityattributes: puntatore a struttura SECURITY_ATTRIBUTES Vincolo: il nome del mailslot deve avere la forma \\.\mailslot\[path]name

19 Apertura, lettura, scrittura e rimozione di un Mailslot CreateFile Permette di ottenere un handle per il mailslot preesistente ReadFile WriteFile CloseHandle Permette di leggere messaggi dal mailslot Permette di scrivere messaggi sul mailslot Permette rimuovere il mailslot in caso non vi siano altri handle validi per esso Vincolo: la lettura deve specificare un numero di byte almeno pari a quelli scritti per un determinato messaggio

20 #include <stdio.h> #include <string.h> #include <windows.h> #define TAGLIA 50 int ris; Trasferimento di stringhe void produttore(handle my_mailslot) { char messaggio[taglia]; DWORD written; BOOL ris; printf("digitare le stringhe da trasferire (quit per terminare):"); do { scanf("%s",messaggio); ris = WriteFile(my_mailslot, messaggio, strlen(messaggio) + 1, &written, NULL); if (!ris ) { printf("errore nella chiamata WriteFile\n"); ExitProcess(-1); while( (strcmp(messaggio,"quit")!= 0)); ExitProcess(0); continua

21 void consumatore(handle my_mailslot) { char messaggio[taglia]; DWORD read; BOOL ris; do { ris = ReadFile(my_mailslot, messaggio, TAGLIA, &read, NULL); if (!ris ) { printf("errore nella chiamata ReadFile!\n"); ExitProcess(-1); printf("%s\n", messaggio); while( (strcmp(messaggio,"quit")!= 0)); ExitProcess(0); int main(int argc, char *argv[]) { HANDLE my_mailslot; BOOL newprocess; STARTUPINFO si; PROCESS_INFORMATION pi; memset(&si, 0, sizeof(si)); memset(&pi, 0, sizeof(pi)); si.cb = sizeof(si); continua

22 if ( argc == 1){ my_mailslot = Creat slot("\\\\.\\mailslot\\my_mailslot", TAGLIA, MAILSLOT_WAIT_FOREVER, NULL); if ( my_mailslot == INVALID_HANDLE_VALUE ) { printf("\n errore nella chiamata Creat slot \n"); ExitProcess(-1); newprocess = CreateProcess(".\\maislot.exe", ".\\maislot.exe son", NULL, NULL, FALSE, NORMAL_PRIORITY_CLASS, NULL, NULL, &si, &pi); if (newprocess == 0) { printf("errore nella generazione del secondo processo!\n"); ExitProcess(-1); continua consumatore(my_mailslot);

23 else { my_mailslot = CreateFile("\\\\.\\mailslot\\my_mailslot", GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL); if ( my_mailslot == INVALID_HANDLE_VALUE ) { printf("errore nella chiamata CreateFile\n"); ExitProcess(1); produttore(my_mailslot); return(0);