Сигналы

Сигналы — одно из традиционных средств межпроцессного взаимодействия в UNIX. Сигнал может быть отправлен процессу операционной системой или другим процессом. Операционная система использует сигналы для доставки процессу уведомлений об ошибках и неправильном поведении.

При получении сигнала исполнение процесса приостанавливается и запускается специальная подпрограмма — обработчик сигнала. Обработчики сигналов могут быть явно определены в исходном тексте исполняемой программы, если же они отсутствуют, а также в некоторых специальных случаях используется стандартный обработчик, определённый операционной системой.

У сигнала есть только одна характеристика, несущая информацию — его номер (целое число). Иначе говоря, сигналы — это заранее определённый и пронумерованный список сообщений. Для удобства использования каждый сигнал имеет сокращённое буквенное имя. Список сигналов и их имён стандартизован и практически не отличается в различных версиях UNIX. Для отправки сигналов процессам используется специальный системный вызов kill и одноимённая ему пользовательская утилита.

Сигнал завершения процесса, как правило используется для корректного завершения его работы. Пример использования сигнала показан на рисунке Рисунок 1.30, «Пример использования сигнала SIGTERM»

Рисунок 1.30. Пример использования сигнала SIGTERM

Сигналы являются ограниченным средством межпроцесснного обмена. Они прекрасно подходят для уведомлений, но не могут использоваться для передачи информации между процессами. Сигналы передаются без каких-либо сопутствующих данных, поэтому они обычно комбинируются с другими способами обмена (например, как показано на рисунке 1.31, «Использование сигналов при межпроцессном обмене» — здесь сообщения между процессами сохраняются в общем файле, а сигнал служит для уведомления о приходе нового сообщения). Ещё одна интересная особенность сигналов — в случае поступления нескольких сигналов одного вида в течение короткого интервала времени, принимающий процесс рассматривает их как один поступивший сигнал, и вызывает обработчик только один раз, т. е. сигналы не накапливаются.

Рисунок 1.31. Использование сигналов при межпроцессном обмене

Каналы

Канал — поток данных между двумя или несколькими процессами, имеющий интерфейс, аналогичный чтению или записи в файл. Каналы бывают одно- и двунаправленными. В UNIX каналы, как и многие другие системные объекты, представлены в виде файлов, вся работа с ними производится через базовый файловый интерфейс — открытие и закрытие файла, чтение и запись данных и т. п. В этом смысле каналы можно представлять в виде специализированных файлов, которые не хранят информацию, а лишь накапливают её до следующей операции чтения из канала другим процессом, образуя очередь.

По умолчанию в UNIX каждому процессу при запуске ставится в соответствие три открытых файла: стандартного ввода, стандартного вывода и стандартного вывода для ошибок. С помощью средств командной строки такие потоки для разных процессов могут быть объединены так, что, к примеру, вывод одного процесса будет подаваться на ввод другого (см. рисунок 1.32, «Неименованный канал между двумя процессами». То есть процесс работает с тремя потоками данных одинаково вне зависимости от того, обычные это файлы или же кананлы. В более общем смысле такие потоки называют неименованными каналами. Канал создаётся по запросу и существует только в ходе работы двух процессов, другие процессы в системе не могут обратиться к этому каналу. Если процесс на одной из сторон канала завершается и закрывает канал, другому процессу посылается специальный сигнал — SIGPIPE.

Рисунок 1.32. Неименованный канал между двумя процессами

Другой вид каналов в UNIX — именованные каналы — представляют собой особый тип файлов. Эти файлы располагаются в файловой системе и могут быть открыты любым процессом (если это позволяется правами доступа. Одни процессы записывают данные в канал, другие — читают из него, данные продвигаются по каналу в порядке очереди (FIFO).

Каналы широко используются в UNIX, как при запуске программ в командной строке, так и при взаимодействии системных процессов. Главное достоинство каналов — простота и удобство использования привычного файлового интерфейса. С другой стороны, данные в каналах передаются в одном направлении и последовательно, что ограничивает сферу применения каналов.

Сокеты

Сокеты предоставляют альтернативный интерфейс обмена данными как в рамках одной системы, так и между процессами, запущенными на разных машинах в сети.

Интерфейс сокетов позволяет явно разделить во взаимодействии двух процессов серверную и клиентскую часть. Серверный процесс инициализирует сокет и ждёт входящих соединений от других процессов. Клиентский процесс устанавливает соединение, и с этого момента по образовавшемуся каналу можно передавать поток данных в обе стороны. Такие сокеты называются потоковыми. Другой тип сокетов, датаграммный, позволяет отправлять сообщения (длиной не более 64 кбайт) между процессами, привязанными к данному сокету.

Рисунок 1.33. Датаграммный и потоковый сокеты

Интерфейс сокетов впервые появился в операционной системе BSD и использовался для связи компьютеров через сеть Internet по протоколам TCP (потоковые сокеты) и UDP (датаграммные сокеты). Это основное применение сокетов, и до настоящего времени они являются стандартным средством взаимодействия процессов в сети. Кроме того, существует локальный вариант взаимодействия через сокеты, в котором обмен данными происходит через специальные файлы, расположенные в файловой системе (фактически, это аналог именованных каналов, но с интерфейсом сокетов).