Михаил Шохирев - Язык программирования Perl

Во время выполнения процессы могут взаимодействовать между собой различными способами. Они могут иметь доступ к разделяемой области памяти, организовывать программные каналы (pipe), посылать друг другу сигналы (signal), обмениваться данными через сокеты, совместно использовать файлы и применять другие средства межпроцессного взаимодействия (Inter-Process Communication, IPC). При этом часто один процесс ожидает окончания выполнения каких-либо действий в другом процессе: про такую ситуацию говорят, что процессы выполняются синхронно (synchronous), то есть согласованно. В других случаях требуется, чтобы процессы выполнялись асинхронно (asynchronous), то есть одновременно и независимо друг от друга. В определенный момент процесс может перейти от асинхронного выполнения к синхронному, то есть перейти в ожидание для синхронизации с другим процессом.

Реализация этих механизмов сильно зависит от конкретной операционной системы, поэтому некоторые стандартные средства языка Perl, связанные с управлением процессами, ориентированы на работу в определенном операционном окружении. Кроме того, имеются специализированные Perl-модули для работы с процессами в операционных системах, соответствующих стандарту POSIX, или в ОС MS Windows. Конечно, в этой лекции нам удастся обсудить только основные средства языка Perl, касающиеся обширной темы межпроцессного взаимодействия. Приводимые примеры намеренно сделаны максимально простыми, чтобы продемонстрировать основные подходы к управлению процессами, избегая особенностей, которыми изобилует многозадачное программирование.

В Perl имеется операция выполнения программы, которая обозначается обратными апострофами (backticks) или синонимом - конструкцией qx(), упоминавшейся в лекции 7. Она предназначена для получения результатов выполнения внешней программы. Эта операция пытается выполнить любую внешнюю программу, ожидает окончания ее работы и возвращает то, что программа выводит в свой поток стандартного вывода. Например, так в операционных системах Linux или MS Windows можно выполнить команду dir, выводящую список файлов в текущем каталоге:

my $file_list = `dir`; # в скалярном контексте my @file_list = qx(dir); # в списочном контексте

В зависимости от того, в каком контексте - скалярном или списочном - употребляется операция выполнения программы, результат работы внешней программы рассматривается как одна строка или как список строк.

Выполнить внешнюю программу можно также с помощью функции system, которая организует синхронный запуск программы и возвращает код завершения. Код завершения 0 означает, что команда была выполнена успешно. Приведем пример ее использования в программе, архивирующей файлы с суффиксом .pl в текущем каталоге:

use English; # использовать длинные имена спец. переменных # в ОС MS Windows архивируем файлы с помощью pkzip if ($OSNAME =~ m/win/i) { system "pkzip", "-a", "pearls.zip", "*.pl"; # в ОС GNU/Linux архивируем файлы с помощью tar и gzip } elsif ($OSNAME =~ m/linux/i) { system "tar -cv *.pl | gzip > pearls.tar.gz"; }

При вызове с одним строковым аргументом функция system() использует для запуска командный интерпретатор операционной системы так же, как функции exec(), open() и операция qx(). При передаче ей нескольких аргументов она запускает внешнюю программу с помощью системного вызова (обращения к операционной системе). Чтобы обеспечить успешный поиск запускаемой программы, можно добавить каталог, где находится программа, в список путей поиска. Например, таким образом:

{ # временно помещаем каталог с программой в пути поиска local $ENV{"PATH"} = $path_to_the_program; # каталог system($program_to_execute); # вызов программы } # значение $ENV{"PATH"} будет восстановлено

Выполнение внешних программ можно организовать с помощью функции open, если требуется обмениваться данными с этими программами, используя перенаправление потоков ввода-вывода. Для этого функции open() вместо имени файла передается командная строка с именем выполняемой программы и ее аргументами. Если нужно передать поток данных для обработки из Perl-программы в вызываемую программу, то перед командой указывается символ командного конвейера '|'. Как это делается, видно из очень простого примера, в котором случайным образом генерируются числовые пароли, а затем они направляются для сжатия в архив программой gzip:

# открываем выходной поток, направляем его внешней программе open my $archive, "| gzip > passwords.gz"; for (my $i = 1; $i <= 12; $i++) { # генерируем пароли printf $archive "%06.0fn", rand 999999; } close $archive; # закрываем выходной поток

Когда нужно принять выходной поток внешней программы для обработки в Perl-программе, то символ конвейера команд '|' ставится в конце командной строки:

# открываем входной поток, полученный от внешней программы open my $archive, "gzip -d < passwords.gz |"; while (my $line = <$archive>) { # читаем пароли из архива print $line; } close $archive; # закрываем выходной поток

(Используемый в примерах архиватор gzip распространяется свободно, версии для самых разных ОС доступны на сайте http://www.gzip.org.)

Иногда требуется организовать выполнение программы таким образом: вначале запускается загрузчик, который, в зависимости от условий, заданных в конфигурации программы, запускает вместо себя основную программу. Этот подход можно реализовать с помощью функции exec, которая заменяет работающую программу на указанную. Так можно запускать не только Perl-программы. Этот прием можно проиллюстрировать таким примером:

print "Выполняется загрузчик: $0, PID:$$n"; # заменить текущую программу на указанную my $program = $ARGV[0]; # имя программы в 1-м аргументе print "Запускается программа: $programn"; exec 'perl', $program or die; # запуск программы print "Это сообщение никогда не напечатается!n";

При запуске этого примера с параметром 'proc_executed.pl' будут выведены такие сообщения:

Выполняется загрузчик: proc_exec.pl, PID:652 Запускается программа: proc_executed.pl Выполняется программа: proc_executed.pl, PID:1872

Для организации параллельного выполнения процессов в Perl используется функция fork ("разветвить"). В результате ее работы создается копия выполняющегося процесса, которая тоже запускается на выполнение. Для этого в операционных системах семейства Unix происходит обращение к системному вызову fork. В других операционных системах работа функции fork() организуется исполняющей системой Perl. Функция fork() в родительском процессе возвращает PID дочернего процесса, число 0 - в дочернем процессе и неопределенное значение при невозможности запустить параллельный процесс. Это значение проверяется в программе, чтобы организовать выполнение различных действий в процессе-предке и процессе-потомке. Как это делается, показано на следующем схематичном примере (где оба процесса в цикле выводят числа, но с разными задержками):

my $pid = fork(); # 'разветвить' текущий процесс # fork вернет 0 в потомке и PID потомка в процессе-предке die "fork не отработал: $!" unless defined $pid; unless ($pid) { # процесс-потомок print "Начался потомок PID $$n"; for (1..3) { print "Потомок PID $$ работает $_n"; sleep 2; # 'заснуть' на 2 секунды } print "Закончился потомок PID $$n"; exit; } if ($pid) { # процесс-предок print "Начался предок PID $$n"; for (1..3) { print "Предок PID $$ работает $_n"; sleep 1; # 'заснуть' на 1 секунду } # возможно, здесь нужно ждать завершения потомка: # print "Предок PID $$ ждет завершения $pidn"; # waitpid $pid, 0; print "Закончился предок PID $$n"; }

По сообщениям, выводимым при выполнении этого примера, видно, что родительский и порожденный процессы выполняются параллельно. Для того чтобы организовать в родительском процессе ожидание завершения дочернего процесса, применяется функция waitpid(), которой передается PID процесса-потомка (а также, возможно, дополнительные параметры). По выдаваемым сообщениям сравните два варианта выполнения приведенной выше программы - без ожидания завершения дочернего процесса и с ожиданием завершения процесса-потомка (для этого нужно раскомментарить вызов функции waitpid):

Без ожидания потомка С ожиданием потомка по waitpid() ---------------------------- -------------------------------- Начался потомок PID -1024 Начался потомок PID -1908 Потомок PID -1024 работает 1 Потомок PID -1908 работает 1 Начался предок PID 1504 Начался предок PID 1876 Предок PID 1504 работает 1 Предок PID 1876 работает 1 Предок PID 1504 работает 2 Предок PID 1876 работает 2 Потомок PID -1024 работает 2 Потомок PID -1908 работает 2 Предок PID 1504 работает 3 Предок PID 1876 работает 3 Закончился предок PID 1504 Предок PID 1876 ждет завершения -1908 Потомок PID -1024 работает 3 Потомок PID -1908 работает 3 Закончился потомок PID -1024 Закончился потомок PID -1908 Закончился предок PID 1876

Выполнение всей программы заканчивается, когда заканчивается последний порожденный процесс. Ожидание окончания выполнения всех дочерних процессов можно организовать с помощью функции wait(), которая возвращает PID завершившегося подпроцесса и -1, если все процессы-потомки завершили работу.