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COURSSYSTEMES DEXPLOITATION
-Communication et synchronisation interprocessus-
Pr. K. ZINEDINE E-mail : [email protected]
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Communication et Synchronisation Interprocessus
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Les processus cooprent souvent pour traiter un mme problme.
Ces processus s'excutent en parallle sur un mme ordinateur
(monoprocesseurou multiprocesseurs) ou bien sur des ordinateurs
diffrents.
Ils doivent alors s'changer des informations (communication
interprocessus).
Il existe plusieurs moyens de communication interprocessus.
Nous pouvons citer, entre autres, les variables communes, les
fichiers communs,les signaux, les messages et les tubes de
communication
Introduction
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Les processus partagent un ensemble de donnes communes qui sont
soit enmmoire (variables ou segments de donnes) soit sur disque
(fichiers).
Chaque processus peut accder en lecture ou en criture cet
ensemble dedonnes appel espace de donnes commun.
Des problmes peuvent se poser lorsque plusieurs processus
essayentd'accder en mme temps un espace commun.
Si deux processus ou plus lisent ou crivent des donnes partages,
le rsultatdpend de l'ordonnancement des processus.
C'est ce qu'on appelle des accs concurrents.
Variables et fichiers communs
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Supposons deux processus qui partagent une variable v. Le
premier processus incrmente de 1 la valeur de v alors que l'autre
la
dcrmente de 1. La valeur initiale de v=1. P1 : v=++; P2 :
v=--;
Supposons que les processus P1 et P2 s'excutent en temps partag.
Le processus P1 est en cours d'excution. Il est suspendu juste aprs
l'excution de l'instruction incrmenter v . Le processus P2 est lu
et excute les instructions charger v ,
dcrmenter v et sauvegarde v . Le processus P2 se termine avec v
= 0. Le processus P1 est ensuite lu et excute l'instruction store v
et donc v=2.
Variables et fichiers communs
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Pour viter de tels problmes, il est ncessaire de contrler les
accsconcurrents des objets communs.
Nous verrons plus tard des solutions qui permettent de rsoudre
les conflitsd'accs des objets communs.
On prsentera deux moyens de communication interprocessus offerts
par lesystme Unix/Linux : les signaux et les envois de messages par
le biais detubes
Variables et fichiers communs
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Les interruptions logicielles ou signaux sont utilises par le
systmed'exploitation pour aviser les processus utilisateurs de
l'occurrence d'unvnement important.
De nombreuses erreurs dtectes par le matriel, comme l'excution
d'uneinstruction non autorise (une division par 0, par exemple) ou
l'emploi d'uneadresse non valide, sont converties en signaux qui
sont envoys au processusfautif.
Ce mcanisme permet un processus de ragir cet vnement sans
treoblig d'en tester en permanence l'arrive.
Les processus peuvent indiquer au systme ce qui doit se passer
la rceptiond'un signal.
On peut ainsi ignorer le signal, ou bien le prendre en compte,
ou encore laisserle systme d'exploitation appliquer le comportement
par dfaut, qui en gnralconsiste tuer le processus.
Les signaux
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Si un processus choisit de prendre en compte les signaux qu'il
reoit, il doitalors spcifier la procdure de gestion de signal.
Quand un signal arrive, la procdure associe est excute.
A la fin de l'excution de la procdure, le processus s'excute
partir del'instruction qui suit celle durant laquelle
l'interruption a eu lieu.
En rsum: les signaux sont utiliss pour tablir une communication
minimaleentre processus, une communication avec le monde extrieur
et faire la gestiondes erreurs.
Les signaux
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Un processus peut :
Ignorer le signal.
Appeler une routine de traitement fournie par le noyau. Cette
procdure provoque normalement la mort du processus. Dans certains
cas, elle provoque la cration d'un fichier core, qui contient
le contexte du processus avant de recevoir le signal.
Appeler une procdure spcifique cre par le programmeur : Tous
lessignaux ne permettent pas ce type d'action.
Les signaux
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Tous les signaux ont une routine de service, ou une action par
dfaut. Cetteaction peut tre du type :A : terminaison du processusB
: ignorer le signalC : Crer un fichier coreD : Stopper le
processusE : La procdure de service ne peut pas tre modifieF : Le
signal ne peut pas tre ignor
Chaque signal est identifi au moyen d'un numro entier
positif
Les signaux
Signal Numro Type Description
SIGKILL 9 AEF Termine l'excution du processus
SIGSTOP 19 DEF Stoppe le processus
SIGCONT 18 Continue l'excution du processus
SIGCHID 17 B Un processus fils a fini
SIGUSR1 10 A Signal d'utilisateur
SIGUSR2 10 A Signal d'utilisateur
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Dans le cas du systme Unix/Linux, un processus utilisateur peut
galementenvoyer un signal un autre processus.
Les deux processus appartiennent au mme propritaire, ou bien le
processusmetteur du signal est le super-utilisateur.
Les services Posix de gestion des signaux utilisent la
bibliothque .
Service des signaux
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kill() L'envoi d'un signal peut se faire avec l'appel systme
kill() :
#include #include int kill(pid t pid, int signal);
kill() envoi le signal numro signal un processus identifi par
son pid. En cas d'erreur il retourne -1, et 0 autrement. pid peut
prendre comme valeurs :
Si pid > 0 : processus pid. Si pid = 0 : groupe de l'metteur.
Si pid =-1 : tous les processus (seulement root peut le
faire). Si pid < 0 : au groupe gid = |pid|
Service des signaux
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Le programme signaux-0.c montre l'utilisation du masquage des
signaux.
Service des signaux Exemple
# include < stdio.h># include < signal.h># include
< unistd.h>void sighandler ( int signum) ;int main ( void
){char buffer [256] ;if ( signal (SIGTERM,&sighandler) ==
SIG_ERR )
{printf ( "Ne peut pas manipuler le signal \n" ) ;return 1 ;
}while ( 1 )
{fgets ( buffer , sizeof ( buffer ) , stdin ) ;printf (" Input :
%s " , buffer ) ;
}return 0 ;}
void sighandler ( int signum){printf ( Signal SIGTERMintercept
\n" ) ;}
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Service des signaux Exemple
On teste l'excution de signaux-0.c dans deux terminaux, afin de
montrer lemasquage de signaux et d'essayer de tuer le
processus.
D'abord, excution sur un terminal :gcc -o signal-0
signal-0.c./signal-0
SalutInput: SalutAbgrcdyuroInput: Abgrcdyurols -lInput: ls
-lwhoInput: who...
Sur un autre terminal, on excute la commande: kill SIGKILL
npid
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Les appel systme sleep() et pause() peuvent tre utiles lorsqu'on
travaille avecdes signaux.
Un processus peut se mettre en veille et attendre l'arrive d'un
signal particulierpour excuter le gestionnaire, ou bien l'metteur
utilise sleep() pour sesynchroniser avec le rcepteur.
pause() permet que le processus passe l'tat suspendu.
Il va quitter cet tat au moment de recevoir un signal.
Aprs avoir reu le signal, le processus recevra un traitement
adquat associau signal et continuera son excution l'instruction qui
suit pause(). Il retournetoujours la valeur -1.
Cet appel fournit une alternative l'attente active. Cd au lieu
d'excuter uneboucle inutile en attente d'un signal, le processus
bloquera jusqu' ce qu'unsignal lui soit transmis.
Service des signaux: sleep() et pause()
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Un autre mcanisme de communication entre processus est l'change
demessages.
Chaque message vhicule des donnes.
Un processus peut envoyer un message un autre processus se
trouvant sur lamme machine ou sur des machines diffrentes.
Unix offre plusieurs mcanismes de communication pour l'envoie de
messages:les tubes de communication, sans nom, nomms et les
sockets.
Les messages
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Les tubes de communication ou pipes permettent deux ou
plusieursprocessus d'changer des informations.
On distingue deux types de tubes : les tubes sans nom (unamed
pipe ) les tubes nomms (named pipe)
Tubes de communication
who pipe Wc -l
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Tubes sans noms
Les tubes sans nom sont des liaisons unidirectionnelles de
communication.
La taille maximale d'un tube sans nom varie d'une version une
autre d'Unix,mais elle est approximativement gale 4 Ko.
Les tubes sans nom peuvent tre crs par le shell ou par l'appel
systmepipe().
Les tubes sans nom du shell sont crs par l'oprateur binaire |
qui dirige lasortie standard d'un processus vers l'entre standard
d'un autre processus.
Les tubes de communication du shell sont supports par toutes les
versionsd'Unix.
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Tubes sans noms
La commande shell who | wc l cre deux processus qui s'excutent
enparallle et qui sont relis par un tube de communication pipe
Le premier processus ralise la commande who, alors que le second
excute lacommande wc -l.
Le processus ralisant la commande who ajoute dans le tube une
ligned'information par utilisateur du systme.
Le processus ralisant la commande wc -l rcupre ces lignes
d'informationpour en calculer le nombre total
Les deux processus s'excutent en parallle
Lorsque le tube devient plein, le premier processus est suspendu
jusqu' cequ'il y ait libration de l'espace ncessaire pour stocker
une ligne d'information.
De faon similaire, lorsque le tube devient vide, le second
processus estsuspendu jusqu' ce qu'il y ait au moins une ligne
d'information sur le tube.
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Cration dun tube sans noms
Un tube de communication sans nom est cr par l'appel systme
pipe, auquelon passe un tableau de deux entiers : int pipe(int
descripteur[2]);
Au retour de l'appel systme pipe(), un tube aura t cr, et les
deux positionsdu tableau pass en paramtre contiennent deux
descripteurs de fichiers.
on peut considrer un descripteur comme une valeur entire que le
systmed'exploitation utilise pour accder un fichier.
Dans le cas du tube, on a besoin de deux descripteurs : le
descripteur pour leslectures du tube et le descripteur pour les
critures dans le tube.
Le descripteur de l'accs en lecture se retrouvera la position 0
du tableaupass en paramtre, alors que le descripteur de l'accs en
criture se retrouvera la position 1.
Seul le processus crateur du tube et ses descendants (ses fils)
peuvent accderau tube.
Si le systme ne peut pas crer de tube pour manque d'espace,
l'appel systmepipe() retourne la valeur -1, sinon il retourne la
valeur 0.
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Cration dun tube sans noms
Les tubes sans nom sont, en gnral, utiliss pour la communication
entre unprocessus pre et ses processus fils, avec un d'entre eux
qui crit sur le tube,appel processus crivain, et l'autre qui lit
partir du tube, appel processuslecteur
La squence d'vnements pour une telle communication est comme
suit :.
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Cration dun tube sans noms
Le processus pre cre un tube de communication sans nom en
utilisant l'appelsystme pipe()
Le processus pre cre un ou plusieurs fils en utilisant l'appel
systme fork()
Le processus crivain ferme l'accs en lecture du tube
De mme, le processus lecteur ferme l'accs en criture du tube
Les processus communiquent en utilisant les appels systme
write() et read() Chaque processus ferme son accs au tube lorsqu'il
veut mettre fin la
communication via le tube
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Cration dun tube sans nomsExemple: Dans le programme pipe.c le
processus pre cre un tube de communication
pour communiquer avec son processus fils. La communication est
unidirectionnelle du processus ls vers le processus pre
# include < sys/types.h> // types# include <
unistd.h> // fork , pipe , read , write , close# include <
stdio.h># define R 0# define W 1int main ( ){ int fd[2] ; char
message [100]; // pour rcup. un msgint nboctets ; Char * phrase =
"message envoy au pre par le fils "
pipe ( fd ) ; // creation d' un tube sans nomif ( fork ()==0 )
// cration d' un processus fils{ // Le fils ferme le descripteur
non utilise de lecture
close (fd[R]) ;// dpt dans le tube du message
Write ( fd[W] , phrase, strlen ( phrase ) + 1 ) ;// fermeture du
descripteur d ' ecritureclose (fd[W]) ;}
else{// Le pere ferme le descripteur non utilis d' ecritureclose
( fd [W] ) ;// extraction du message du tubenboctets = read ( fd [R
] , message , 100 ) ;printf ( " Lecture %d octets : % s\n" ,
nboctets , message ) ;// fermeture du descripteur de lectureclose
(fd[R]) ;}return 0 ;}
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Cration dun tube sans noms - ExempleExemple: gcc o pipe pipe.c
./pipe
Sortie: Lecture 35 octets : message envoy au pre par le fils
