Параллельное и распределенное программирование на С++ - Хьюз Камерон

47 }

48 else{

49 execl("./programll-2b»,«programll-2b»,NULL);

50 } 51

52 return(0);

53 }

В строках 21 и 25 системнал функция setenv () используется для передачи значений файловых дескрипторов сыновнему процессу. Это возможно благодаря тому, что сыновний процесс наслелует среду родительского процесса. Мы можем устанавливать переменные среды в программе с помощью вызова функции setenv (). В данном случае мы устанавливаем их следующим образом.

Fdin=filedesc; Fdout=filedesc;

Сыновний процесс затем использует системный вызов getenv( ) для считывания значений переменных Fdin и Fdout. Значение переменной Fdin будет представлять «считывающий конец» канала для сыновнего процесса, а значение переменной Fdout — «записывающий». Использование системных функций setenv () и getenv() обеспечивает просгую форму межпроцессного взаимодействия (interprocess communication — IPC) между родительским и сыновним процессами. Каналы создаются при выполнении инструкций, приведенных в строке 14. Родительский процесс присоединяется к одному концу канала для операции записи с помощью метода attach() (строка29). После присоединения любые данные, помещенные в объект OPipe типа ofstream, будут записаны в канал. Итератор типа ostream_iterator подключается к объекгу OPipe при выполнении следующей инструкции (строка 30):

ostream_iterator<float> OPtr(OPipe,"n»);

Теперь итератор OPtr ссылается на объект OPipe. После каждой порции помещаемых в канал данных будет вставляться разделитель "n». С помощью итератора OPtr мы можем поместить в канал любое количество float -значений. При этом мы можем связать с каналом несколько итераторов различных типов. Но в этом случае необходимо, чтобы на «считывающем» конце канала данные извлекались с использованием ите раторов соответствующих типов. При выполнении слелующей инструкции из программы 11.2 в канал сначала помещается количество элементов, подлежащих передаче: OPipe « X.size() « endl;

Сами элементы отправляются с использованием одного из стандартных С++-алгоритмов:

copy(X.begin() ,X.end() ,OPtr) ;

Алгоритм copy () копирует содержимое одного контейнера в контейнер, связанный с итератором приемника. Здесь итератором приемника является объект OPtr. Объект OPtr связан с объектом OPipe, поэтому при выполнении алгоритма copy () («уместившегося» в одной строке кода) в канал переписывается все содержимое контейнера. Этот пример демонстрирует возможность использования стандартных алгоритмов для организации взаимодействия между различными частями сред параллельного или распределенного программирования. В данном случае алгоритм copy () пересылает информацию от одного процесса другому (из одного адресного пространства в другое). Эти процессы выполняются параллельно, и алгоритм copy () значительно упрощает взаимодействие между ними. Мы подчеркиваем важность этого подхода, поскольку, если есть хоть какал-то возможность упростить логику параллельной или распределенной программы, ею нужно непременно воспользоваться. Ведь межпроцессное взаимодействие — это один из самых сложных разделов параллельного или распределенного программирования. С++-алгоритмы, библиотека классов iostreamS и итератор типа ostream_iterator как раз и позволяют понизить уровень сложности разработки таких программ. Использование манипулятора flush (в строке 33) гарантирует прохождение данных по каналу.

В программе 11.2.1 сыновний процесс сначала получает количество объектов, принимаемых от канала (в строке 36), а затем для считывания самих объектов использует объект IPipe класса istream.

// Программа 11.2.1

11 class multiplier{

12 float X;

13 public:

14 multiplier(float Value) { X = Value;}

15 float &operator()(float Y) { X = (X * Y);return(X);}

16 }; 17

18

19 int main(int argc,char *argv[])

20 {

21 char Value[50] ;

22 int Fd[2] ;

23 float Data;

24 vector<float> X;

25 int NumElements;

26 multiplier N(12.2);

27 strcpy(Value,getenv(«Fdin»));

28 Fd[0] = atoi(Value);

29 strcpy(Value,getenv(«Fdout»));

30 Fd[l] = atoi(Value);

31 ifstream IPipe;

32 ofstream OPipe;

33 IPipe.attach(Fd[0]) ;

34 OPipe.attach(Fd[l]) ;

35 ostream_iterator<float> OPtr(OPipe,"n»);

36 IPipe » NumElements;

37 for(int N = 0;N < NumElements;N++)

38 {

39 IPipe » Data;

40 X.push_back(Data);

41 }

42 OPipe « X.size() « endl;

43 transform(X.begin(),X.end(),OPtr,N);

44 OPipe « flush;

45 return(0); 46

47 }

Сыновний процесс считывает элементы данных из канала, помещает их в вектор, азатем выполняет математические преобразования над каждым элементом вектора, после чего отправляет их назад родительскому процессу. Математические преобразования (строка43) выполняются с использованием стандартного С++-алгоритма transform и пользовательского класса multiplier. Алгоритм transform применяет к каждому элементу контейнера операцию, а затем результат этой операции помещает в контейнер-приемник. В данном случае контейнером-приемником служит объект Optr, который связан с объектом OPipe. Заголовки, которые необходимо включить в программу 11.2.1, приведены в разделе «Профиль программы 11.2.1».

Профиль программы 11.2.1

Имя программы program11-2b.cc

Описа н ие Программа представляет собой код сыновнего процесса, который запускается npoграммой 11.2. В этой программе для получения содержимого контейнера, отправленного из программы 11.2, используется объект класса ifstream. Для отправки через канал обработанной информации родительскому процессу в программе исполь-|зуется объект класса ostream_iterator и стандартный алгоритм transform.

Требуемые заголовки

<iostream>, algorithm>, <fstream>, <vector>, <iterator>, <stdlib.h>, |<string.h>, <unistd.h>.

Инструкции no компиляции и компоновке программ

с++ -o»programll-2b programll-2b.ee

Инструкции по выполнению [Эта программа запускается программой 11.2.

Несмотря на то что классы библиотеки iostream, итераторы типа istream_iterator и ostream_iterator упрощают программирование канала, они не изменяют его поведение. По-прежнему остаются в силе вопросы блокирования и проблемы, связанные с корректным порядком открытия и закрытия каналов, рассмотренные в главе 5. Но использование основных механизмов тех же методов объектно-ориентированного программирования все же позволяет понизить уровень сложности параллельного и распределенного программирования.

FIFO-очереди (именованные каналы),

Методы, которые мы использовали для реализации объектно-ориентированных анонимных каналов, обладают двумя недостатками. Во-первых, любым процессам, которые взаимодействуют с другими процессами, нужен доступ к файловым дескрипторам, возвращаемым при вызове системной функции pipe (). Поэтому существует проблема получения этих файловых дескрипторов для всех процессов-участников. Эта проблема легко решается, если процессы связаны отношение м «родитель-потомок» (как в програ мм ах 11.1, 11.2 и 11.2.1), но в это м случае возникает другая проблема. Выходит, во-вторых, что процессы, которые используют неи м енованные каналы, должны быть связаны отношения м и. Это требование можно обойти с помощью схемы передачи дескриптора. Для решения этой проблемы используется структура FIFO (First In — First Out — первым прибыл, первым обслужен). Самое большое ее достоинство как раз и состоит в том, что к ней могут получить доступ процессы, не связанные никакими отношениями. Процессы должны выполняться на одном компьютере — это единственное, что должно их связывать. При этом процессы могут запускаться программами, реализованными на разных языках программирования и с использованием различных парадигм программирования (например, обобщенной или объектно-ориентированной). При групповых вычислениях и при использовании других конфигураций равноправных элементов можно воспользоваться преимуществами FIFO-очередей (иногда называе м ых именованными каналами), поскольку в UNIX- и Linux-среде FIFO-структура имеет имя (определяемое пользователем) и ее (в отличие от анонимных каналов) можно сравнить с «капитальным сооружением». FIFO — однонаправленная структура, а это значит, что пользователь именованного канала в среде UNIX должен открыть его либо для чтения, либо для записи, но не для того и другого одновременно. Именованные каналы, созданные в среде UNIX, остаются в файловой системе до тех пор, пока они не будут явно удалены с помощью вызова из программы функции unlink() или выполнения соответствующей команды из командной строки (например, команды rm). Именованным каналам при их создании присваивается эквивалент имени файла. Любой процесс, которому известно имя канала и который обладает необходимыми правами доступа, может открыть его, прочитать из него данные и записать их туда.