Роб Кёртен - Введение в QNX/Neutrino 2. Руководство по программированию приложений реального времени в QNX Realtime Platform

Как мы упомянули выше, все функции семейства spawn(), в конечном счете, вызывают базовую функцию spawn(). Ниже приведен прототип функции spawn():

#include <spawn.h>

pid_t spawn(const char *path, int fd_count,

 const int fd_map[], const struct inheritance *inherit,

 char* const argv[], char* const envp[]);

Мы можем не обращать внимание на параметры path, argv, и envp — мы уже рассмотрели их выше как местоположение исполняемого модуля (path), вектор параметров (argv) и окружение (envp).

Параметры fd_count и fd_map идут вместе. Если вы задаете нуль в fd_count, тогда fd_map игнорируется, и это означает, что вновь создаваемый процесс унаследует от родительского все дескрипторы файлов (кроме тех, которые модифицированы флагом FD_CLOEXEC функции fcntl()). Если параметр fd_count имеет ненулевое значение, то он задает число дескрипторов файлов, содержащихся в fd_map, и будут унаследованы только они.

Параметр inherit — это указатель на структуру, которая содержит набор флагов, маски сигналов, и т.д. Для получения более подробной информации об этом вам следует обратиться за помощью к справочному руководству по библиотеке языка Си.

Предположим, что вы решили создать новый процесс, который был бы идентичен работающему в настоящее время процессу, и сделать это так, чтобы эти два процесса выполнялись одновременно. Вы могли бы решить эту проблему с помощью функции spawn() (и параметра P_NOWAIT), передав вновь создаваемому процессу достаточно информации о точном состоянии вашего процесса, чтобы новый процесс мог настроить себя сам. Однако, такой подход может оказаться чрезвычайно сложным, потому что описание «текущего состояния» процесса может потребовать большого количества данных.

Существует более простой способ — применение функции fork() которая просто копирует текущий процесс. У результирующего процесса как код, так и данные полностью совпадают с таковыми для родительского процесса.

Конечно же, невозможно создать процесс, который во всем был бы идентичен родительскому. Почему? Наиболее очевидное различие между этими двумя процессами должно быть в идентификаторе процесса — мы не можем создать два процесса с одним и тем же идентификатором. Если вы посмотрите документацию на функцию fork() в справочном руководстве по библиотеке Си, вы увидите, что между этими двумя процессами будет иметь место ряд различий. Внимательно изучите этот список, чтоб быть уверенным в корректном применении функции fork().

Если после ветвления по fork() получаются два одинаковых процесса, то как же их различить? Когда вы вызываете fork(), вы тем самым создаете другой процесс, выполняющий тот же самый код и в том же самом местоположении (то есть оба процесса ввернутся из вызова fork()), что и родительский. Рассмотрим пример программы:

int main (int argc, char **argv) {

 int retval;

 printf("Это определенно родительский процессn");

 fflush(stdout);

 retval = fork();

 printf("Кто это сказал?n");

 return (EXIT_SUCCESS);

}

После вызова fork() оба процесса выполнят второй вызов printf()! Если вы запустите эту программу на выполнение, она выведет на экран примерно следующее:

Это определенно родительский процесс

Кто это сказал?

Кто это сказал?

Иными словами, оба процесса выведут вторую строку.

Существует только один способ различить эти два процесса — он заключается в использовании возвращаемого функцией fork() значения, размещенного в retval. Во вновь созданном дочернем процессе retval будет иметь нулевое значение, а в родительском она будет содержать идентификатор дочернего.

Китайская грамота, да? Проясним этот момент еще одним фрагментом программы:

printf("PID родителя равен %dn", getpid());

fflush(stdout);

if (child_pid = fork()) {

 printf("Это родитель, PID сына %dn", child_pid);

} else {

 printf("Это сын, PID %dn", getpid());

}

Эта программа выведет на экран примерно следующее:

PID родителя равен 4496

Это родитель, PID сына 8197

Это сын, PID 8197

Таким образом, после применения функции fork() вы можете определить, в каком процессе находитесь («отец» это или «сын»), анализируя значение, возвращаемое функцией fork().

Применение функции vfork() по сравнению с обычной fork() позволяет существенно сэкономить на ресурсах, поскольку она делает разделяемым адресное пространство родителя.

Функция vfork() создает «сына», но затем приостанавливает родительский поток до тех пор, пока «сын» не вызовет функцию exec() или не завершится (с помощью exit() или его друзей). В дополнение к этому, функция vfork() будет работать в системах с физической моделью памяти, в то время как функция fork() не сможет, потому что нуждается в создании такого же адресного пространства, а это в физической модели памяти просто невозможно.

Предположим, что у вас есть процесс, и вы еще не создали никаких потоков (т.е., вы работаете с одним потоком — тем, который вызвал функцию main()). Если вызвать функцию fork(), то будет создан другой процесс, и тоже с одним потоком.

Это был простейший пример.

Теперь предположим, что в вашем процессе вы вызвали pthread_create() для создания другого потока. Если вы теперь вызовете функцию fork(), она возвратит ENOSYS (что означает, что функция не поддерживается)! Почему так?

Вы можете верить этому или нет, но это POSIX-совместимая ситуация. POSIX утверждает, что функция fork() может возвращать ENOSYS. На самом же деле происходит вот что: Си-библиотека QNX/Neutrino не рассчитана на ветвление процесса с потоками. Когда вы вызываете pthread_create(), эта функция устанавливает флаг, сигнализирующий что-то типа «не позволяйте этому процессу применять fork(), потому что механизм ветвления в данном случае не определен». Затем, при вызове fork(), этот флаг проверяется и, если он установлен, это принуждает fork() возвратить значение ENOSYS.

Такая реализация была сделана преднамеренно, и причина этого кроется в потоках и мутексах. Если бы этого ограничения не было (и оно может быть снято в будущих версиях QNX/ Neutrino), то вновь созданный процесс, как и предполагается, имел бы то же самое число потоков, что и исходный. Однако, тут возникает сложность, потому что некоторые из исходных потоков могут являться владельцами мутексов. Поскольку вновь создаваемый процесс имеет ту же область данных, что и исходный, библиотека должна была бы отслеживать, какие мутексы принадлежат каким потокам в исходном процессе, и затем дублировать принадлежность мутексов в новом процессе. Это не является невозможным: есть функция, называемая pthread_atfork(), которая обеспечивает процессу возможность обрабатывать такие ситуации. Однако, на момент написания этой книги функциональные возможности pthread_atfork() используются не всеми мутексами в Си-библиотеке QNX/Neutrino.

Очевидно, если вы переносите в QNX/Neutrino программу из другой ОС, вы пожелаете использовать те же механизмы, что и в исходной программе. Я бы посоветовал избегать в новом коде применения функции fork(), и вот почему:

• функция fork() не работает с несколькими потоками — см. выше;

• при работе с fork() в условиях многопоточности вы должны будете зарегистрировать обработчик pthread_atfork() и локировать каждый мутекс по отдельности перед собственно ветвлением, а это усложнит структуру программы;

• дочерние процессы, созданные fork(), копируют все открытые дескрипторы файлов. Как мы увидим позже в главе «Администратор ресурсов», это требует много дополнительных усилий, которые может быть совершенно напрасными, если дочерний процесс затем сразу сделает exec() и тем самым закроет все открытые дескрипторы.

Выбор между семействами функций vfork() и spawn() сводится к переносимости, а также того, что должны делать родительский и дочерний процесс. Функция vfork() задержит выполнение до тех пор, пока дочерний процесс не вызовет exec() или не завершится, тогда как семейство spawn() может позволить работать обоим процессам одновременно. Впрочем, в разных ОС поведение функции vfork() может несколько отличаться.