IPC – Comunicação entre
processos
Fábia Isabella
Gabriel Kovalechyn
Gabriel Tadra Mainginski
Introdução
• Há ocasiões onde é extremamente necessário que dois ou mais
processos/threads acessem um único recurso comum. Caso esse tipo
de paralelismo não ocorra de forma controlada, podemos fazer com
que um processo "sequestre/atropele" a operação de outro.
• Processos, memória compartilhada e pipes são as principais tríade de
recursos compartilhados necessários em ambientes *NIX para a
perfeita comunicação entre processos (IPC ou Inter-Process
Communication).
• Com eles, é possível acesso controlado a processos, de forma que só
haverá disponibilidade quando a operação em andamento for
finalizada.
Semáforos
• Semáforos em Linux são “sleeping locks”. Quando uma tarefa tenta
obter um semáforo já em uso, o semáforo põe a tarefa na fila de
espera e a põe no estado sleep, deixando o processador livre para
executar outro código. Quando o processo liberar o semáforo, uma
das tarefas da fila de espera é acordada e pode obter o semáforo.
• Se o contador se tornar negativo, a tarefa é colocada na fila de
espera. A operação up() é usada para liberar o semáforo após a tarefa
completar a execução da região crítica. Isto é feito incrementando o
contador; e se a fila de espera está vazia, uma das tarefas em espera é
acordada e pode obter o semáforo.
• Basicamente, esses semáforos funcionam como indicadores (flags)
que sinalizam para o ambiente se o mesmo está ou não em utilização.
Assim, o processo de sinalização requer colaboração e troca de
informações entre processos.
• Dependendo da quantidade de aplicações que existem no ambiente,
a quantidade inicial de semáforos pode não ser suficientes para um
perfeito controle de todo o sistema. Na verdade, a maioria dos
sistemas operacionais modernos oferecem essas funcionalidades,
porém os padrões das diversas distribuições são tão baixos que é fácil
saturar esses recursos.
Exemplo
• Uma instalação considerável do PostGreSQL pode "extirpar"
rapidamente vários limites de recursos do sistema operacional,
comumente usando 1 semáforo para cada instância/requisição
concorrente. Uma instalação comum de Oracle consome
aproximadamente 70 semáforos.
• Quando esses recursos são saturados, sua falta manifesta um erro
conhecido como "Chamada de Sistema Ilegal". Nesse caso, não há
nada a ser feito, a não ser remover recursos que na maioria das vezes
não é possível ou recompilar o núcleo do kernel.
Funções Principais
• int semget ( key_t key, int nsems, int semflg ) – Pega o id do semáforo.
• int semctl ( int semid, int semnum, int cmd, union semun arg ) – Inicia
todos os semáforos com valores positivos.
• int semop ( int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops) – Usado para a
sincronização de processos
• int sem_init(int no_of_sems, int common_intial_value) – Inicia
semáforo(s).
• void sem_change(int sem_id, int sem_no, int amount)– Muda semáforos.
• int sem_try_change(int sem_id, int sem_no, int amount) - Muda
semáforos ignorando erros
• int sem_init_diff_val(int no_of_sems, int *array) - Inicia com um valor
Problema IPC – Produtor Consumidor
(Semáforos)
Problema IPC – Produtor Consumidor
(Semáforos)
Problema IPC – Produtor Consumidor
(Semáforos)
Pipe
• Método de conexão da saída de um processo com a entrada de outro
processo.
• Comunicação em só 1 sentido. (Half-Duplex)
• Processos filhos herdam os File Descriptors dos seus processos pais.
• Os processos devem fechar os File Descriptors que eles não vão usar.
Pipe
• Função:
• int pipe(int[] fd);
• Parâmetros: Um array de inteiros de tamanho 2.
• Retorna:
• 0 => Sucesso.
• fd[0] = ID do File Descriptor de leitura.
• fd[1] = ID do File Descriptor de escrita.
• -1 => Falha.
• EMFILE = Não há FDs livres ou a tabela de arquivos está cheia.
• EFAULT = O array passado não é válido.
Pipe – Substituindo entrada e saída padrões
• Função:
• int dup(int fd);
• ID do FD => Sucesso
• -1 => Falha
• EBADF = FD passado não é válido.
• EMFILE = Muitos descriptors para o processo.
Memória Compartilhada
• Um dos métodos mais simples de comunicação entre processos.
• Os processos utilizam um espaço de endereço comum em memória.
• Qualquer atualização realizada por um processo, pode ser visto por
outro que compartilhe o mesmo segmento de memória.
Memória Compartilhada
• shmget():
- Através dessa função, pode-se criar ou ligar um segmento de
memória compartilhada.
- Retorno: : o identificador do segmento de memória compartilhada
shmid ou, em caso de erro, retorna -1.
Memória Compartilhada
• key pode conter os seguintes valores:
- IPC_PRIVATE (=0): indicando que a zona de memória não tem chave de acesso
- o valor desejado para a chave de acesso do segmento de memória, utilizando a função ftok().
• size, é o tamanho em bytes do segmento de memória compartilhada.
• shmflg permite a especificação dos direitos de acesso ao segmento
de memória compartilhada, pode conter IPC_CREAT ou IPC_EXCL,
que podem criar um novo segmento ou verificar se um dado
segmento existe ou não.
Memória Compartilhada
• shmat():
- Antes que o processo possa utilizar um segmento de memória criado
por outro processo, ele deve inicialmente se acoplar a esse segmento.
E é essa função que liga o segmento de memória compartilhada,
identificado por shmid, ao segmento de dados do processo que a
chamou.
- Retorno: identificador do segmento ou -1 em caso de erro.
Memória Compartilhada
• shmid é o identificador do segmento de memória compartilhada
obtido a partir da chamada da função shmget().
• shmaddr especifica o endereço de acoplamento.
- Se shmaddr é 0, o segmento é acoplado ao primeiro endereço possível determinado
pelo sistema, que é o mais utilizado.
- Se shmaddr não é 0, observa-se shmflg.
Memória Compartilhada
• shmctl():
- Permite realizar examinar modificações nosegmento compartilhado.
- Retorno: 0 ou -1 em caso de erro.
Memória Compartilhada
• shmid: identificador do segmento de memória compartilhada.
• cmd pode conter os seguintes valores:
- IPC_RMID (0): O segmento de memória será destruído. O usuário deve ser o
superusuário para realizar esta operação
- IPC_SET (1): dá ao identificador do grupo, ao identificador do usuário, e aos direitos de
acesso, os valores contidos no campo shm_perm da estrutura apontada por buf; a hora da
modificação é também atualizada (membro shm_ctime);
- IPC_STAT (2): é usada para copiar a informação sobre a memória compartilhada no buffer
buf;
Memória Compartilhada
• shmdt()
- Quando um processo não precisa mais de usar um segmento, deve
desacoplar esse segmento do espaço de endereçamento do processo,
para isso deve-se usar a função shmdt(), este segmento não poderá
mais utilizado pelo processo após a chamada da função.
- Retorno: 0 ou -1 em caso de erro.
Memória Compartilhada
• O único argumento shmaddr é o endereço obtido a partir de shmdt().
Referências
• http://www.advancedlinuxprogramming.com/alp-folder/alp-ch05ipc.pdf
• http://www.di.ubi.pt/~operativos/praticos/pdf/12-ipc.pdf
• http://www.dca.ufrn.br/~adelardo/cursos/DCA409/node102.html
• http://www.dicasl.com.br/arquivo/semaforos_kernel_memoria_compartilhada_e_cia.p
hp