Очереди сообщений в UNIX

Понятие мультиплексирования. Мультиплексирование сообщений. Модель взаимодействия процессов клиент-сервер. Неравноправность клиента и сервера

Используя технику из предыдущего примера, мы можем организовать получение сообщений одним процессом от множества других процессов через одну очередь сообщений и отправку им ответов через ту же очередь сообщений, т.е. осуществить мультиплексирование сообщений. Вообще под мультиплексированием информации понимают возможность одновременного обмена информацией с несколькими партнерами. Метод мультиплексирования широко применяется в модели взаимодействия процессов клиент-сервер. В этой модели один из процессов является сервером. Сервер получает запросы от других процессов – клиентов – на выполнение некоторых действий и отправляет им результаты обработки запросов. Чаще всего модель клиент-сервер используется при разработке сетевых приложений, с которыми мы столкнемся в материалах завершающих семинаров курса. Она изначально предполагает, что взаимодействующие процессы неравноправны:

• Сервер, как правило, работает постоянно, на всем протяжении жизни приложения, а клиенты могут работать эпизодически.
• Сервер ждет запроса от клиентов, инициатором же взаимодействия является клиент.
• Как правило, клиент обращается к одному серверу за раз, в то время как к серверу могут одновременно поступать запросы от нескольких клиентов.
• Клиент должен знать, как обратиться к серверу (например, какого типа сообщения он воспринимает) перед началом организации запроса к серверу, в то время как сервер может получить недостающую информацию о клиенте из пришедшего запроса.

Рассмотрим следующую схему мультиплексирования сообщений через одну очередь сообщений для модели клиент-сервер. Пусть сервер получает из очереди сообщений только сообщения с типом 1. В состав сообщений с типом 1, посылаемых серверу, процессы-клиенты включают значения своих идентификаторов процесса. Приняв сообщение с типом 1, сервер анализирует его содержание, выявляет идентификатор процесса, пославшего запрос, и отвечает клиенту, посылая сообщение с типом, равным идентификатору запрашивавшего процесса. Процесс-клиент после отправления запроса ожидает ответа в виде сообщения с типом, равным своему идентификатору. Поскольку идентификаторы процессов в системе различны, и ни один пользовательский процесс не может иметь PID равный 1, все сообщения могут быть прочитаны только теми процессами, которым они адресованы. Если обработка запроса занимает продолжительное время, сервер может организовывать параллельную обработку запросов, порождая для каждого запроса новый процесс-ребенок или новую нить исполнения.

Написание, компиляция и прогон программ клиента и сервера

Напишите, откомпилируйте и прогоните программы сервера и клиентов для предложенной схемы мультиплексирования сообщений.

Использование очередей сообщений для синхронизации работы процессов

В лекции 6 была доказана эквивалентность очередей сообщений и семафоров в системах, где процессы могут использовать разделяемую память. В частности, было показано, как реализовать семафоры с помощью очередей сообщений. Для этого вводился специальный синхронизирующий процесс-сервер, обслуживающий переменные-счетчики для каждого семафора. Процессы-клиенты для выполнения операции над семафором посылали процессу-серверу запросы на выполнение операции и ожидали ответа для продолжения работы. Теперь мы знаем, как это можно сделать в операционной системе UNIX и как, следовательно, можно использовать очереди сообщений для организации взаимоисключений и взаимной синхронизации процессов.

Задача повышенной сложности: реализуйте семафоры через очереди сообщений.