Meccanismi di sincronizzazione. Sincronizzazione di processi e thread (3) Sincronizzazione Message-Based. Sincronizzazione Message-Based

Transcript

1 Meccanismi di sincronizzazione Sincronizzazione di processi e thread (3) Sincronizzazione Message-Based Scambio di messaggi Due primitive: Send Receive Entrambe possono specificare un canale da usare Sincronizzazione Message-Based Tre questioni: il modello di sincronizzazione il metodo di process naming struttura del messaggio Process P1 send message Process P2 receive message 3

2 Sincronizzazione: modelli Il modello è funzione della semantica della operazione di send Analogie: Invio di una lettera: send asincrona Sincronizzazione: modelli Asincrono (no-wait) (e.g. POSIX) Ci vuole un buffer. Process P1 Process P2 Telefonata: send sincrona send message message receive message Sincronizzazione: modelli Sincrono (e.g. CSP, occam2) No buffer space Conosciuto come rendezvous Process P1 Process P2 Sincronizzazione: modelli Remote invocation (e.g. Ada) Detto anche extended rendezvous Process P1 Process P2 send message blocked M receive message send message blocked M receive message reply

3 Asincrono vs. Sincrono La comunicazione asincrona può implementare la sincrona: P1 P2 asyn_send (M) wait (M) wait (ack) asyn_send (ack) Svantaggi della send asincrona Potenzialmente: buffer infinito Più comunicazione, maggiore complessità Difficile provare la correttezza del sistema Due comunicazioni sincrone possono implementare una remote invocation: P1 P2 syn_send (message) wait (message) wait (reply)... costruisci reply Process Naming: direction vs indirection Due questioni direction vs indirection simmetria direct naming: il sender chiama esplicitamente il receiver: send <message> to <process-name> Vantaggi: semplicità, indirect naming, il sender chiama un intermediario (e.g. channel, mailbox, link or pipe): send <message> to <mailbox> Con mailbox, il message passing può ancora essere sincrono Vantaggi: aiuta la decomposizione del software; una mailbox è un interfaccia fra parti di programma Process Naming: simmetria Naming simmetrico: send <message> to <process-name> wait <message> from <process-name> send <message> to <mailbox> wait <message> from <mailbox> Naming asimmetrico: il receiver accetta da chiunque (processo o mailbox) wait <message> Esempio: client-server

4 Struttura dei messaggi Linguaggi: vari tipi di dati/oggetti Problema della conversione per trasmissione su network in ambiente eterogeneo OS consente l invio di vettori di bytes POSIX/Unix: code di messaggi POSIX/Unix; asynchronous, indirect message passing mediante code di messaggi Message queue: molti readers, molti writers Una Priority può essere associata alla coda Comunicazione fra processi (anzichè threads) POSIX Message Queues Unix Message passing Le code di messaggi (mq) hanno un nome quando vengono create Accesso: mq_open name mq_open: creazione oppure open di una coda già esistente Chiusura: mq_close e mq_unlink) Sending e receiving : mq_send e mq_receive Dati letti/scritti in un buffer di caratteri. Bounded buffer: se buffer pieno o vuoto: i processi sending/ receiving vengono bloccati ( se non si utilizza l attributo O_NONBLOCK) Non è specificato quale processo si risveglia ( se non si usa un opzione di priority scheduling) Operating Systems and 16Distributed Systems

5 Unix Message passing struct msgform long mtype; //tipo o destinazione messaggio char mtext[100]; //dati ; Esempio attacca una copia del messaggio puntato da msgp alla coda msqid. int msgsnd(int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz, int msgflg); struct msgbuf long mtype; /* msg type > 0*/ char mtext[1];/* msg data */ ; int msqid = msgget(key_t key, int msgflg); legge un messaggio dalla coda msqid nel buffer msgbuf puntato da msgp argument, e rimuove il messaggio dalla coda. ssize_t msgrcv(int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg); ritorna l identificatore msqid della coda associata alla chiave key. int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf); struct msgbuf long mtype; /* msg type > 0*/ char mtext[1];/* msg data */ ; effettua l operazione specificata da cmd sulla coda msqid 17 int main (void) key_t ipckey; int mq_id; struct msgform mymsg; /* Genera la chiave ipc */ ipckey = ftok("/users/bebo", 42); printf("processo %d:la mia chiave e' %d\n", getpid(), ipckey); /* Prepara la message queue */ printf("processo %d: Creo coda messaggi\n", getpid()); mq_id = msgget(ipckey, IPC_CREAT 0666); printf("il Message identifier e' %d\n", mq_id); /* Invia il messaggio */ strcpy(mymsg.mtext, "Ciao, Ciao,\n"); /*Scrive testo del messaggio*/ mymsg.mtype = 1; msgsnd(mq_id, &mymsg, sizeof(mymsg), 0); /*Invia*/ Compile & run msgsimplecln.c + msgsimplesrv.c struct msgform long mtype; //tipo o destinazione messaggio char mtext[100]; //dati ; int main (void) key_t ipckey; int mq_id; struct msgform mymsg; int ricevuto; /* Genera la chiave ipc */ ipckey = ftok("/users/bebo", 42); printf("processo %d: i\n", getpid()); printf("la mia chiave e' %d\n", ipckey); /* Prepara la message queue */ mq_id = msgget(ipckey, 0); printf("il Message identifier e' %d\n", mq_id); /* Ricevo il messaggio */ ricevuto= msgrcv(mq_id, &mymsg, sizeof(mymsg), 0,0); /*Ricezione*/ printf("processo %d. Ricevuto messaggio: \n", getpid()); printf("%s (%d)\n", mymsg.mtext, ricevuto); Esempio: selezione dei messaggi int main() #define MSGKEY 75 #define SALUTO "Salutoni dal Server" int i, pid; struct msgform int msgid; long mtype; int numproc; char mtext[256]; msgid=msgget(msgkey,0777 IPC_CREAT); /* ottiene un descrittore per la messaggio; chiave KEY; coda nuova */ for (i=0; i<10 ; i++) /* per 10 volte... */ msgrcv(msgid,&messaggio,256,1,0); /* attendiamo che arrivi un messaggio che abbia tipo = 1, cioe' inviati dai nostri client */ pid = messaggio.numproc; /* assegno alla var pid il PID del processo mittente*/ printf("server: ricevo un messaggio dal processo n.%d: %s \n",pid,messaggio.mtext); messaggio.mtype=pid; /* settiamo a pid il tipo dei messaggi in modo che solo quel client riceva il messaggio che il server sta per inviare a lui */ sprintf(messaggio.mtext,"%s",saluto); messaggio.numproc=getpid(); msgsnd(msgid,&messaggio,256,0); /* spediamo il messaggio sulla coda contraddistinta da msgid. Questo messaggio ha mtype=al PID del processo client che aveva mandato al server un messaggio di tipo 1 */ msgctl(msgid, IPC_RMID, 0); /* elimina la coda */ Esempio: selezione dei messaggi #define MSGKEY 75 #define SALUTO "Salutoni dal Server" struct msgform main() long mtype; int numproc; char mtext[256]; struct msgform messaggio; messaggio; int msgid, pid; msgid=msgget(msgkey,0777); /* ottiene un descrittore per la chiave KEY */ pid=getpid(); /* assume il n. di PID di se stesso */ sprintf(messaggio.mtext,"%s",saluto); messaggio.mtype=1; /* per nostra convenzione settiamo a 1 il tipo dei messaggi */ messaggio.numproc=pid; msgsnd(msgid,&messaggio,256,0); /* spediamo il messaggio sulla coda contraddistinta da msgid */ msgrcv(msgid,&messaggio,256,pid,0); /* attendiamo che arrivi un messaggio che abbia tipo = pid, cioe' per noi */ printf("client: ricevo da processo n. %d:%s\n",messaggio.numproc,messaggio.mtext); Compile & run msgcln1.c + msgsrv1.c

6 Esempio (esercizio d esame) Esempio (esercizio d esame) Scrivere il codice di un client e di un server che, utilizzando il meccanismo IPC di scambio di messaggi, realizzino le seguenti funzionalità. - Il client presenta all'utente il seguente menù Scegli l'operazione: VISUALIZZAZIONE -> 1 ARCHIVIAZIONE -> 2 FINE OPERAZIONE -> 3 Qualora l'utente scelga le operazioni 1 o 2, il client richiede l'inserimento da tastiera dell'informazione da trattare (vedere esempio in Figura 1). Le operazioni 1 e 2 possono essere ripetute finchè non si sceglie l'operazione 3. - Il server esegue le transazioni richieste dall'utente: 1) Stampa a video l informazione ricevuta nel messaggio; 2) Memorizza l info ricevuta in un archivio di dati; 3) Termina tutte le operazioni. Per semplificare, si simuli l archiviazione con la funzione void simula_archiviazione(void) for(i=0; i<100;i++) printf("."); SERVER: creata la coda SERVER:Info ricevuta Ciao, prova trasmissione SERVER:Info ricevuta In archiviazione... Terminata archiviazione SERVER:Info ricevuta rimossa la coda CLIENT: collegato alla coda Scegli l'operazione: VISUALIZZAZIONE -> 1 ARCHIVIAZIONE -> 2 FINE OPERAZIONE -> 3 1 CLIENT: scrivi informazione.. Ciao, prova trasmissione Scegli l'operazione: VISUALIZZAZIONE -> 1 ARCHIVIAZIONE -> 2 FINE OPERAZIONE -> 3 2 CLIENT: scrivi informazione.. ciao prova archiviazione Scegli l'operazione: VISUALIZZAZIONE -> 1 ARCHIVIAZIONE -> 2 FINE OPERAZIONE -> 3 3 CLIENT: fine operazione Esempio (esercizio d esame) #define MSGKEY 50 #define MSGSIZE 50 struct msgformat long mtype; /*viene utilzzato per distinguere l'operazione associata al messaggio inviato dal client: 1, 2 o 3*/ char mtext[msgsize]; messaggio; Esempio (esercizio d esame) int main(void) int msgid; /* collegamento alla coda di messaggi */ msgid = msgget(msgkey, 0777 IPC_CREAT))<0) /*loop di servizio*/ for(;;) /*...*/ /*ricezione del messaggio inviato dal client*/ msgrcv(msgid, &messaggio, MSGSIZE, 0, 0); printf("\nserver:info ricevuta\n"); /*decodifica il codice operativo scritto dal CLIENT nel messaggio ovvero l'operazione richiesta*/ switch(messaggio.mtype) case 1: printf("\n %s\n", messaggio.mtext); break; case 2: simula_archiviazione(); break; case 3: msgctl(msgid, IPC_RMID, 0); exit(0); /*fine loop*/ server

7 Compile & run msgclient.c Esempio (esercizio d esame) int main(void) int msgid; int n; int scelta; /*variabile utilizzata per codificare l'operazione richiesta*/ /* collegamento alla coda di messaggi */ msgid = msgget(msgkey, 0777); /*loop di servizio*/ for(;;) scelta=3; /*di default termina le operazioni se non e' settato a 1 o 2 printf("scegli l'operazione:\n"); printf(" VISUALIZZAZIONE -> 1\n"); printf(" ARCHIVIAZIONE -> 2\n"); printf(" FINE OPERAZIONE -> 3\n"); scanf("%d", &scelta); if(scelta==1 scelta==2) /*...*/ messaggio.mtype = (long) scelta; printf("\nclient: scrivi informazione..\n"); if((n=read(0, messaggio.mtext,msgsize))>0) msgsnd(msgid, &messaggio, n, 0) else messaggio.mtype = 3; /*codifica messaggio di chiusura (una stringa vuota)*/ memset(messaggio.mtext, 0, MSGSIZE); msgsnd(msgid, &messaggio, n, 0); exit(0); /*end loop*/ + msgserver.c client Empty Pool Producer Consumer Full Pool 26 msgid1 struct msgformat long pid; char buf[bsize]; int occupied; int nextin, nextout; msg; Producer Consumer struct msgformat long pid; char buf[bsize]; int occupied; int nextin, nextout; msg; msgid

8 int main() char item[numitems]="e UN MONDO PICCOLO DOPO TUTTO."; // items to be put in buffer int i; pid_t pid; struct msqid_ds *buf; int msgid1, msgid2; if((msgid1=msgget(msgkey, 0777 IPC_CREAT))==-1) perror("error queue1"); if((msgid2=msgget(msgkey2, 0777 IPC_CREAT))==-1) perror("error queue2"); pid=getpid(); for(i=0;i<numitems;i++) // produce an item, one character from item[] if (item[i] == '\0') break; /* Quit if at end of string. */ //wait for an empty to arrive msgrcv(msgid1,&msg,sizeof(msg),0,0); printf("producer %d: message received from process %ld\n", pid, msg.pid); //construct a message to send msg.buf[msg.nextin++] = item[i]; //put new item in buffer msg.nextin %= BSIZE; msg.occupied++; msg.pid=pid; //send message msgsnd(msgid2,&msg,sizeof(msg),0); printf("producer %d: message sent \n", pid); msgctl(msgid1,ipc_rmid,buf); //remove queue1 msgctl(msgid2,ipc_rmid,buf); //remove queue2 29 int main() char item; int i; int msgid1, msgid2; pid_t pid; if((msgid1=msgget(msgkey, 0777))==-1) perror("errore coda1"); if((msgid2 = msgget(msgkey2, 0777))==-1) perror("errore coda2"); pid=getpid(); //construct an empty message to send msg.nextout = 0; msg.occupied = 0; msg.pid=pid; msgsnd(msgid1,&msg,sizeof(msg),0); printf("consumer %d: empty message sent \n",pid); for(i=0;i<numitems;i++) // //get message containing item msgrcv(msgid2,&msg,sizeof(msg),0,0); printf("consumer %d: message received from process %ld\n",pid, msg.pid); //extract item from message item = msg.buf[msg.nextout++]; //take item from buffer msg.nextout %= BSIZE; msg.occupied--; //send message msg.pid=pid; msgsnd(msgid1,&msg,sizeof(msg),0); printf("consumer %d: message sent \n",pid); printf("%c\n",item); //prints the item 30 Compile and run msgproducer.c and msgconsumer.c 31