Синхронизация

Центральным вопросом взаимодействия процессов в сети является способ их син­хронизации, который полностью определяется используемыми в операционной

системе коммуникационными примитивами. В этом отношении коммуникационные примитивы делятся на блокирующие {синхронные) и неблокирующие (асинхрон­ные), причем смысл данных терминов в целом соответствует смыслу аналогич­ных терминов, применяемых при описании системных вызовов (см. подраздел «Системные вызовы» раздела «Мультипрограммирование на основе прерываний» в главе 4 «Процессы и потоки») и операций ввода-вывода (см. подраздел «Под­держка синхронных и асинхронных операций ввода-вывода» раздела «Задачи ОС по управлению файлами и устройствами» в главе 7 «Ввод-вывод и файловая система»). В отличие от локальных системных вызовов (а именно такие систем­ные вызовы были рассмотрены в главах 4 и 7) при выполнении коммуникацион­ных примитивов завершение запрошенной операции в общем случае зависит не только от некоторой работы локальной ОС, но и от работы удаленной ОС.

Коммуникационные примитивы могут быть оформлены в операционной системе двумя способами: как внутренние процедуры ядра ОС (в этом случае ими могут использоваться только модули ОС) или как системные вызовы (доступные в этом случае процессам в пользовательском режиме).

При использовании блокирующего примитива send процесс, выдавший запрос на его выполнение, приостанавливается до момента получения по сети сообщения-подтверждения о том, что приемник получил отправленное сообщение. А вызов блокирующего примитива receiveприостанавливает вызывающий процесс до момента, когда он получит сообщение. При использовании неблокирующих при­митивов send иreceive управление возвращается вызывающему процессу немед­ленно, сразу после того, как ядру передается информация о том, где в памяти на­ходится буфер, в который нужно поместить сообщение, отправляемое в сеть или ожидаемое из сети. Преимуществом этой схемы является параллельное выпол­нение вызывающего процесса и процедур передачи сообщения (не обязательно работающих в контексте вызвавшего соответствующий примитив процесса).

Важным вопросом при использовании неблокирующего примитива receive яв­ляется выбор способа уведомления процесса-получателя о том, что сообщение пришло и помещено в буфер. Обычно для этой цели требуется один из двух спо­собов.

□ Опрос (polling). Этот метод предусматривает наличие еще одного базового при­митива test (проверить), с помощью которого процесс-получатель может ана­лизировать состояние буфера.

□ Прерывание (interrupt). Этот метод использует программное прерывание для уведомления процесса-получателя о том, что сообщение помещено в буфер. Хотя такой метод и очень эффективен (он исключает многократные проверки состояния буфера), у него имеется существенный недостаток — усложненное программирование, связанное с прерываниями пользовательского уровня, то есть прерываниями, по которым вызываются процедуры пользовательского режима (например, вызов процедур АРС в ОС Windows NT по завершении операции ввода-вывода, рассмотренный в главе 8 «Дополнительные возмож­ности файловых систем»).

При использовании блокирующего примитива send может возникнуть ситуация, когда процесс-отправитель блокируется навсегда. Например, если процесс полу­чатель потерпел крах или же отправленное сообщение было утеряно из-за сетевой ошибки. Чтобы предотвратить такую ситуацию, блокирующий примитив send часто использует механизм тайм-аута. То есть определяется интервал времени, после которого операция send завершается со статусом «ошибка». Механизм тайм-аута может использоваться также блокирующим примитивом receive для предотвращения блокировки процесса-получателя на неопределен­ное время, когда процесс-отправитель потерпел крах или сообщение было поте­ряно вследствие сетевой ошибки.

Если при взаимодействии двух процессов оба примитива — send и receive — явля­ются блокирующими, говорят, что процессы взаимодействуют по сети синхронно (рис. 9.4), в противном случае взаимодействие считается асинхронным (рис. 9.5).

По сравнению с асинхронным взаимодействием синхронное является более про­стым, его легко реализовать. Оно также более надежно, так как гарантирует про­цессу-отправителю, возобновившему свое выполнение, что его сообщение было получено. Главный же недостаток — ограниченный параллелизм и возможность возникновения клинчей.

Обычно в ОС имеется один из двух видов примитивов, но ОС является более гибкой, если поддерживает как блокирующие, так и неблокирующие примитивы.