Параллельное и распределенное программирование на С++ - Хьюз Камерон

Процедуры Start_Process и Start_Process_Search из пакета привязки языка Ada POSIX_Process_Primitives к POSIX.1 . инкапсулируют действия функций fork() и ехес практически так же, как это делают функции posix_spawn() и posix_spawnp(). Первоначально, придерживаясь цели более простого подхода, разработчики стандарта ограничили возможности функций posix_spawn() и posix_spawnp() подмножеством возможностей, присущих процедурам Start_Process и Start_Process_Search, отказавшись от поддержки конкретных нестандартных средств. Но на основе пожеланий группы приема стандарта усовершенствовать отображение дескрипторов файлов или совсем отказаться от них, а также по рекомендации членов рабочей группы Ada Language Bindings разработчики стандарта решили, что функции posix_spawn() и posix_spawnp() должны быть в достаточной степени эффективными для реализации возможностей процедур Start_Process и Start_Process_Search. Мы исходили из того, что если привязка языка Ada к такому базовому варианту уже была одобрена в качестве стандарта IEEE, то вряд ли не будут одобрены эквивалентные части С-привязки. Среди возможностей, реализованных функциями posix_spawn() и posix_spawnp(), можно насчитать только следующие три пункта, которые не обеспечивались процедурами Start_Process и Start_Process_Search: необязательное задание идентификационного номера группы сыновних процессов, набор сигналов, подлежащих стандартной обработке в сыновнем процессе, а также стратегия планирования (и ее параметры).

Для того чтобы привязку языка Ada в виде процедуры Start_Process можно было реализовать с помощью функции posix_spawn (), функции posix_spawn () пришлось бы явно передавать пустую маску сигналов и среду родительского процесса везде, где инициатор вызова процедуры Start_Process позволял установку этих аргументов по умолчанию, поскольку в функции posix_spawn() такой установки аргументов по умолчанию не предусмотрено. Способность процедуры Start_Process маскировать определенные пользователем сигналы во время ее выполнения является уникальной для привязки языка Ada и должна быть обработана в самой привязке отдельно от вызова функции posix_spawn ().

Группа процессов

Поле наследования группы процессов можно использовать для присоединения сыновнего процесса к су щ ествую щ ей группе процессов. Если атрибуту spawn-pgroup объекта, адресуемого параметром attrp, присвоить нулевое значение, то механизм выполнения функции setpgid() обеспечит присоединение сыновнего процесса к группе нового процесса.

Потоки

В системах, в которых отсутствует трансляция адресов, для представле н ия абстракции параллелиз м а мож н о использовать потоки, так сказать, «в обход» функций posix_spawn () и posix_spawnp (). Во многих случаях создания потоков для достижения параллельности вполне достаточно, но это не всегда является достойной за м еной. Использование функций posix_spawn() и posix_spawnp() считается более «серьезным» вариантом, чем создание потоков. Процессы имеют ряд важных атрибутов, которые отсутствуют у потоков. Даже без трансляции адресов процесс может обладать определенной защитой памяти. Каждый процесс имеет среду, включающую атрибуты защиты и характеристики файлов, а также атрибуты планирования. Процессы абстрагируют поведение множества процессоров с архитектурой неоднородной памяти лучше, чем потоки, и их удобнее использовать для отражения слабо связанных (в функциональном смысле) ветвей параллелизма.

Функции posix_spawn() и posix_spawnp() м огут оказаться полезны м и не для каждой конфигурации. Ведь для поддержки функционирования множества процессов недостаточно ограничиться только их созданием. В некоторых условиях общие затраты системных ресурсов на поддержку «боеспособности» нескольких процессов могут быть довольно высокими. Существующая практика показывает, что необходимость в поддержке множества процессов для систем с «малым ядром» скорее является исключением, чем правилом, а «правило» как раз образуют потоки. Поэтому для операционных систем с одним процессом рассматриваемые функции не представляют интерес.

Асинхронное уведомление об ошибках

Библиотечная реализация функций posix_spawn () или posix_spawnp () не позволяет выявить все возможные ошибки до создания сыновнего процесса. Стандарт IEEE Std 1003.1-2001 обеспечивает возможность индикации ошибок, возвращаемых из сыновнего процесса, которому не удалось успешно завершить операцию создания, с помощью специального статуса выхода, который можно обнаружить, используя значение статуса, возвращаемое функциями wait () и waitpid ().

Интерфейс stat_val и макрос, используемый для его интерпретации, не совсем подходят для цели возврата API-ошибок, но они являются единственным способом, доступным для библиотечной реализации. Таким образом, реализация может заставить сыновний процесс завершиться со статусом выхода 127 в случае любой ошибки, выявленной во вре м я порождения процесса после успешного завершения функции posix_spawn() или posix_spawnp().

Разработчики стандарта для интерпретации значения stat_val предложили использовать два дополнительных макроса. Первый, WIFSPAWNFAIL, предназначен для выявления статуса, который свидетельствует о завершении сыновнего процесса по причине ошибки, обнаруженной во время выполнения операции posix_spawn() или posix_spawnp (), а не во время реального выполнения образа сыновнего процесса; второй макрос, WSPAWNERRNO, должен выделить значение ошибки, если макрос WIFSPAWNFAIL обнаружит сбой. К сожалению, группа приема стандарта резко возражала против этого дополнения, поскольку оно поставило бы библиотечную реализацию функции posix_spawn () или posix_spawnp () в зависимость от модификации функции waitpid(), способной встраивать специальную информацию в значение stat_val для индикации сбоя при порождении процесса.

Восьми бит статуса выхода сыновнего процесса, доступность которых для ожидающего родительского процесса гарантирована стандартом IEEE Std 1003.1-2001, недостаточно для устранения неоднозначности ошибок порождения процесса, которые может возвратить образ любого процесса. Требуется, чтобы в значении stat_val никакие другие биты статуса выхода не были видимы, поэтому упомянутые выше макросы не поддаются строгой реализации на библиотечном уровне. Резервирование значения статуса выхода 127 для таких ошибок порождения процессов согласуется с использованием этого значения функциями system() и popen() при пропадании сигналов в этих операциях, которые возникают после завершения функции, но перед тем, как системная оболочка сможет их отработать. Статус выхода 127 уникальным образом не идентифицирует этот класс ошибок и не предоставляет никакой детальной информации о природе сбоя. Обратите внимание на то, что разрешается (и даже поощряется) «ядерная» реализация функций posix_spawn() и posix_spawnp() с обеспечением возврата любых возможных ошибок в виде значений, возвращаемых этой функцией, тем самым предоставляя для родительского процесса более детальную информацию о происшедших сбоях.

Таким образом, для выделения асинхронных ошибок при выполнении функций posix_spawn() или posix_spawnp() упомянутые выше макросы не используются. О возможных ошибках, обнаруженных в контексте сыновнего процесса до того, как выполнится образ нового процесса, уведомление происходит путем установки статуса выхода сыновнего процесса равным значению 127. Вызывающий процесс для выявления сбоев при порождении процессов может использовать макросы WIFEXITED HWEXITSTATUS и значение stat_val, сохраненное функциями wait() или waitpid(), в тех случаях, когда другие значения статуса, с которыми может завершиться образ сыновнего процесса (до того, как родительский процесс сможет окончательно определить, что образ сыновнего процесса начал выполняться), отличаются от статуса выхода, равного числу 127.