45)Методы взаимодействия процессов.

Взаимодействие процессов – основа для распараллеленного, эффективного решения задач с помощью группы процессов, координирующих свои действия друг с другом. В лекции рассмотрены некоторые классические схемы взаимодействия процессов при решении типовых задач (например, схема производитель – потребитель), а также виды взаимодействия процессов между собой с помощью передачи сообщений, сокетов, удаленных вызовов процедур и методов.

Независимые и взаимодействующие процессы

С точки зрения взаимосвязи, процессы подразделяются на независимые и взаимодействующие.

Независимый процесс – процесс, никак не связанный с другими процессами, который не может влиять на исполнение других процессов или испытывать их влияние.

Взаимодействующий (совместный) процесс – процесс, который может влиять на исполнение других процессов или испытывать их влияние.

Преимущества взаимодействующих процессов очевидны:

• Совместное использование данных ; процессы могут работать с общими данными, при условии их синхронизации (рассматриваемой в следующих лекциях);

• Ускорение вычислений ;

• Модульность: организация взаимодействующих процессов – это метод параллельного решения задачи, декомпозируемой на относительно независимые части, части, каждую из которых решает один из взаимодействующих процессов

• Удобство.

Виды организации взаимосвязи процессов

С точки зрения видов взаимосвязи родительского и дочернего процессов, процессы подразделяются на независимые, подчиненные и сопроцессы.

Подчиненный процесс – процесс, зависящий от процесса-родителя. Подчиненный процесс уничтожается при уничтожении родительского процесса, как в системе UNIX. Процесс-родитель перед своим завершением должен ожидать завершения всех своих подчиненных процессов.

Независимый процесс – дочерний процесс, выполняемый независимо от процесса-родителя. Типичные примеры: процессы-демоны в UNIX, запускаемые начальным процессом init. Например, cron – процесс-демон, организующий вызов заданных в специальной таблице crontab действий с заданной периодичностью (автоматическое резервное копирование всех файловых систем на ленту в полночь); smbd – процесс-демон, управляющий серверным программным обеспечением SAMBA для сетевого доступа с Windows-машин к файлам UNIX-машины.

Сопроцесс (coprocess, coroutine) – процесс, равноправно взаимодействующий с другими такими же процессами; хранит свое текущее локальное управление (program counter); взаимодействует с другим сопроцессом Q с помощью операций resume (Q).Взаимодействие нескольких сопроцессов друг с другом операторами resume полностью равноправно. Данный механизм взаимодействия принципиально отличается от вызова процедуры. Операция detach ( открепить ) переводит сопроцесс в пассивное состояние, в котором могут быть доступны только его глобальные данные, но его программа уже завершена и не подлежит повторному запуску. Сопрограммное взаимодействие реализовано в языке СИМУЛА-67, который, как известно, стал родоначальником и объектно-ориентированного подхода.

Парадигма (шаблон) взаимодействия процессов: производитель – потребитель

Реализация взаимодействия процессов может быть основана на одной из классических парадигм (шаблонов), сложившейся за десятилетия развития программирования. В данном разделе рассмотрим одну из наиболее распространенных из парадигм взаимодействия процессов - производитель – потребитель: процесс-производитель (producer ) генерирует в некотором буфере информацию, которая используется процессом-потребителем (consumer).

При реализации данной парадигмы возможны схемы с неограниченным и ограниченным буфером, используемым для связи двух процессов.

• Схема с неограниченным буфером (unbounded buffer) подразумевает, что на размер используемого буфера теоретически нет ограничений.

• Схема с ограниченным буфером (bounded buffer) предполагается определенное ограничение размера буфера, например, константой BUFFER_SIZE.

При реализации следует учесть, что схема с ограниченным буфером, с точки зрения принципов надежных и безопасных вычислений, представляет опасность атаки "переполнение буфера"(buffer overrun) – ошибочного или преднамеренного превышения размера буфера. Чтобы избежать этой уязвимости, при заполнении буфера необходимо проверять его размер.