Canos (Pipes) As pipes são um mecanismo de comunicação unidirecional entre dois ou mais processos. Um exemplo do uso de pipes na shell é:

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1 Canos (Pipes) As pipes são um mecanismo de comunicação unidirecional entre dois ou mais processos. Um exemplo do uso de pipes na shell é: O programaû Ógera uma linha por utilizador e envia-a ao programaû que vai contar o número de linhas recebidas. ±Û Ó Û¹Ð write() read() fd[1] fd[0] who wc -l DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 1

2 Canos (Pipes) Ö Ó Ô Ô instancia dois descritores de um ficheiro: ÒØÔ Ô ÒØ ¾ µ ¼ -descritor associado à extremidade de leitura. ½ -descritor associado à extremidade de escrita. Retorna 0 se for bem sucedida e -1 caso ocorram erros. Se um processo tentar ler de uma pipe vazia, mas cuja extremidade de escrita está aberta, o processo adormece até que exista input disponível. DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 2

3 Exemplo do uso de pipes pipes: geralmente usadas para comunicação entre processos Ò READ 0 Ò WRITE 1 Ö*Ñ = ` `ÇÐ Ô Ô!³³ Ñ Ò( ) ÒØ [ 2 ],Ñ Ë Þ = ØÖÐ Ò(Ñ )+1 Ö Ù [ 1 { 0 0 ] Ô Ô ( ) ( ÓÖ ( ) ÐÓ ( [Ê ] ) ÛÖ Ø ( [ÏÊÁÌ ],Ñ,Ñ Ë Þ ) ÐÓ ( [ÏÊÁÌ ] ) Ð { / / Um programa em que o processo f i l h o ==0) { / / envia ao processo pai uma mensagem ÐÓ ( [ÏÊÁÌ ] ) Ñ Ë Þ =Ö ( [Ê ], Ù,100) ÔÖ ÒØ ( ` `Æ ÝØ :%,Å :% \Ò³³,Ñ Ë Þ, Ù ) ÐÓ ( [Ê ] ) Ü Ø( 0 ) DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 3

4 Exemplo do uso de pipes Comunicação bi-direcional? 2 pipes. DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 4

5 Somar os elementos de uma matriz: N processos e 1 pipe Passos: Processo-pai: cria matriz e inicializa cria N processos, (processos-filhos herdam a matriz inicializada do pai) espera que os filhos devolvam o resultado calcula a soma total termina Processos-filhos: calculam soma de sua linha da matriz envia resultado para o pai termina DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 5

6 Exemplo utilizando N processos e 1 pipe ÒÐÙ < s t d i o. h> ÒÐÙ < s Ò N 3 Ò READ 0 t d l i b. h> Ò WRITE 1 Ñ Ò( ) ÒØ [Æ] [Æ] ÒØ, ÓÑ Ä Ò, ÓÑ ÐÓ=0, [ 2 (Ô Ô ( ) == Ñ ÖÖÓ( ` `Ô Ô ( ) Ð ÓÙ!³³) ( ÓÖ ( ) ÓÑ Ä Ò= ÓÑ Ú ØÓÖ( [ ] ) ÐÓ ( [Ê ] ) ÛÖ Ø ( [ÏÊÁÌ ], & ÓÑ Ä Ò, Þ Ó ( ÒØ) Ü Ø( 0 ÐÓ ( [ÏÊÁÌ ] ) Ö ( [Ê ], & ÓÑ Ä Ò, Þ Ó ( ÒØ) ÓÑ ÐÓ+= ÓÑ Ä Ò ÐÓ ( [Ê ] ) ÔÖ ÒØ (`` ÓÑ Ñ ØÖ Þ: % \Ò³³, ÓÑ ÐÓ) { = { { 1, 1, 1, { 2, 2, 2, { 3, 3, 3 ] 1) ÓÖ( =0 <Æ ++) == 0) { / * f i l h o * / ) ) / * pai * / ÓÖ( =0 <Æ ++) { ) DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 6

7 Exemplo utilizando N processos e 1 pipe / / Definição da função a u x i l i a r soma_vector ÒØ ÓÑ Ú ØÓÖ( ÒØÚ[ ] ) { Ö ØÙÖÒ ÓÑ ÒØ, ÓÑ =0 ÓÖ( =0 <Æ ++) ÓÑ +=Ú[ ] DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 7

8 Duplicação de descritores Existem situações em que se torna necessário duplicar descritores de ficheiros, nomeadamente quando o ficheiro representa umaô Ô e quisermos construir umaô Ô Ð Ò entre processos. ÙÔ: sistema escolhe o menor descritor disponível e coloca-o a apontar para o mesmo ficheiro queóð. ÙÔ¾: utilizador escolhe o descritor emò Û. Sistema fechaò Û se estiver ativo e coloca-o a apontar para o mesmo ficheiro queóð. Ö Ó ÙÑ Ô ÙÑ Ö ØÓÖ ÒØ ÙÔ¾ ÒØÓÐ ÒØÒ Û µ ÒØ ÙÔ ÒØÓÐ µ DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 8

9 Duplicação de descritores Os descritores original e cópia partilham o mesmo apontador para o ficheiro assim como o modo de acesso. As funções retornam o novo descritor ou -1 se ocorrer erro. Exemplo: redirecionar o standard-output de um processo ao standard-input do outro (e.g. pipes da shell). Necessário: ÒÐÙ ÙÒ Ø º DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 9

10 Exemplo com ÙÔ¾ µ Programa que executa 2 programas dados, ligando o Ø ÓÙØdo ao Ø Òdo segundo (e.g.ð ÓÖÛ ÓÛ). primeiro processo-pai executa primeiro programa (e.g.,û Ó) processo-filho executa o segundo programa (e.g.,û) pipe para comunicação entre processo-pai e processo-filho mas também precisamos indicar aos novos programas que esta comunicação existe DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 10

11 Exemplo com ÙÔ¾ µ: criar proc e pipe Ò Read 0 Ò Write 1 Ñ Ò( ÒØ Ö, Ö* Ö Ú[ ] { ÒØ [ 2 Ô Ô ( ) ( ÓÖ ( ) ) ] / / declaração da pipe / / criação da pipe == 0) { / * f i l h o * / / / criação do processo Ð { / * pai * / DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 11

12 Exemplo com ÙÔ¾ µ Ò Read 0 Ò Write 1 Ñ Ò( ÒØ Ö, Ö* Ö Ú[ ] { ÒØ [ 2 Ô Ô ( ) ( ÓÖ ( ) ] ) == 0) { / * f i l h o * / / / f i l h o executa segundo programa Ü ÐÔ( Ö Ú[ 2 ], Ö Ú[ 2 ],ÆÍÄÄ) Ð { / * pai * / / / pai executa p r i m e i r o programa Ü ÐÔ( Ö Ú[ 1 ], Ö Ú[ 1 ],ÆÍÄÄ) DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 12

13 Exemplo com ÙÔ¾ µ: pipes? Ò Read 0 Ò Write 1 Ñ Ò( ÒØ Ö, Ö* Ö Ú[ ] { ÒØ [ 2 Ô Ô ( ) ( ÓÖ ( ) ÐÓ ( [ÏÖ Ø ] ) Ü ÐÔ( Ö Ú[ 2 ], Ö Ú[ 2 ],ÆÍÄÄ) ] Ð { / ÐÓ ( [Ê ] ) ) == 0) { / * f i l h o * / * pai * / / / fechar extremidade / / não u t i l i z a d a / / fechar extremidade / / não u t i l i z a d a Ü ÐÔ( Ö Ú[ 1 ], Ö Ú[ 1 ],ÆÍÄÄ) DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 13

14 Exemplo com ÙÔ¾ µ: conecta pai com filho Ò Read 0 Ò Write 1 Ñ Ò( ÒØ Ö, Ö* Ö Ú[ ] { ÒØ [ 2 ] ) Ô Ô ( ) ( ÓÖ ( ) ÐÓ ( [ÏÖ Ø ] ) ÙÔ¾( [Ê ], ÐÓ ( [Ê ] ) Ü ÐÔ( Ö Ú[ 2 ], Ö Ú[ Ô ÖÖÓÖ( ` `Ð ÓÒÓ Ù ³³) Ð { / ÐÓ ( [Ê ] ) ÙÔ¾( [ÏÖ Ø ], ÐÓ ( [ÏÖ Ø ] ) Ü ÐÔ( Ö Ú[ 1 ], Ö Ú[ Ô ÖÖÓÖ( ` `Ð ÓÒÓ Ù ³³) == 0) { / * f i l h o * / 0) / / r e d i r e c i o n a i n p u t 2 ],ÆÍÄÄ) * pai * / 1) / / r e d i r e c i o n a output 1 ],ÆÍÄÄ) DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 14

15 O exemplo em detalhe (1) A: logo apos o fork() pai escritor 3 4 pipe pai stdin stdout stderr pipe_read pipe_write filho stdin stdout stderr pipe_read pipe_write 3 4 filho leitor B: apos os dois processos executarem dup2() 0 2 pai pipe pai stdin pipe_write stderr pipe_write filho pipe_read stdout stderr pipe_read 3 0 filho 1 2 DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 15

16 O exemplo em detalhe (2) A: logo apos o fork() C: apos o close() e antes do execlp() 0 2 pai pai stdin pipe_write stderr filho pipe_read stdout stderr pipe 0 - o processo-pai executa o comando em argv[1] e escreve o resultado na pipe. filho - o processo-filho le da pipe e executa o comando argv[2] 1 2 Ü Ö Ó modifique o bidirecional entre os dois processos. programa anterior de forma a criar comunicação DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 16

17 Mais um exemplo com pipes: paginação do output Escreva um programa que crie um processo filho para paginar no ecrã as mensagens do processo pai. O processo pai deve enviar ao processo filho a seguinte sequência de linhas: O processo filho deve executar o programañóö para paginar no ecrã a Ä Ò ½¼¼ Ä Ò ½ sequência de linhas recebida do processo pai. Como o ººº precisa ter acesso exclusivo ao terminal, o processo pai não deve terminar antes do processo filho. paginadorñóö DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 17

18 Mais um exemplo com pipes: paginação do output ÚÓ Ô Ò Ó( ) { Ô ØÒ Û ÔÖÓ ÒØ [ 2 Ô Ô ( ) ( Ô Ö ÒØ( ÓÖ ( ) ] Û Ø(ÆÍÄÄ) Ð { / / f i l h o ) ) { Ü ÐÔ( ÑÓÖ, ÑÓÖ,ÆÍÄÄ) ÔÖ ÒØ ( ÁÄÀÇ Ð ÒÓ Ü ÐÔ Ò ) Ö ØÙÖÒ DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 18

19 Mais um exemplo com pipes: paginação do output ÚÓ Ô Ò Ó( ) { Ô ØÒ Û ÔÖÓ ÒØ [ 2 Ô Ô ( ) ( Ô Ö ÒØ( ÓÖ ( ) Ö Ù [ 1 ÒØÒ ÐÓ ( [Ê ] ) ] 0 0 ] ) ) { Û Ø(ÆÍÄÄ) Ð { / ÐÓ ( [ÏÊÁÌ ] ) Ü ÐÔ( ÑÓÖ, ÑÓÖ,ÆÍÄÄ) ÔÖ ÒØ ( ÁÄÀÇ Ð ÒÓ Ü ÐÔ Ò ) / f i l h o Ö ØÙÖÒ DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 19

20 Mais um exemplo com pipes: paginação do output / ÚÓ Ô Ò Ó( ) { Ô ØÒ Û ÔÖÓ ÒØ [ 2 Ô Ô ( ) ( Ô Ö ÒØ( ÓÖ ( ) Ö Ù [ 1 ÒØÒ ÐÓ ( [Ê ] ) ÔÖ ÒØ ( Ù, Ä Ò ± Ò,Ò) ÛÖ Ø ( [ÏÊÁÌ ], Ù, ØÖÐ Ò( Ù ) ) ÐÓ ( [ÏÊÁÌ ] ) Û Ø(ÆÍÄÄ) Ð { ÐÓ ( [ÏÊÁÌ ] ) ÙÔ¾( [Ê ],ËÌ ÁÆ ÁÄ ÆÇ) ÐÓ ( [Ê ] ) Ü ÐÔ( ÑÓÖ, ÑÓÖ,ÆÍÄÄ) ÔÖ ÒØ ( ÁÄÀÇ Ð ÒÓ Ü ÐÔ Ò ) ] 0 0 ] ) ) { ÓÖ(Ò=1Ò<=100Ò++) { / f i l h o Ö ØÙÖÒ DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 20

21 Ð Ó½ ½ Exemplo: pipe de processos (exame Julho 2002) Escreva um programa que tire partido do uso de pipes para implementar comunicação entre processos. O programa deverá implementar um cenário em que o processo principal cria NP processos filho (NP > 0) para escreverem alternadamente linhas de output de modo a obterem uma sequência semelhante à do exemplo que se segue: O primeiro filho a ser criado inicia a sequência a que se seguem os restantes filhos pela ordem que Ð Ó½ ½¼ Ð Ó Ð Ó½ Ð Ó¾ Ð Ó Ð Ó¾ ¾ Ð Ó¾ Ð Ó½ foram criados. O processo decorre repetidamente até que um dos filhos atinga um determinado valor VAL (VAL > 0). Atingido esse valor (10 no exemplo), todos os processos filhos devem terminar e o Ð Ó processo pai só deve terminar assim que todos os filhos terminem. Assuma que NP e VAL são constantes do sistema. DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 21

22 Exemplo: pipe de processos (cont.) Ü Ø( ÒÐÙ <sys / types. h> / / pai fecha todas as extremidades ÒÐÙ < s ÒÐÙ < u Ò READ 0 Ò WRITE 1 Ò NP 3 Ò VAL 10 ÓÖ( Û ØÔ (ÔÖÓ[ÒÔ], Ñ Ò( ) { Ô ØÔÖÓ[ÆÈ] ÒØ [ÆÈ] [ 2 ],ÒÔ,Ú Ð, Ô Ô ( [ÒÔ] ) ( (ÔÖÓ[ÒÔ] = ÓÖ ( ) i g n a l. h> ÓÖ( np =0 np<np np++) { n i s t d. h> close ( fd [ np ] [ WRITE ] ) close ( fd [ np ] [ READ ] ) / / pai espera pelos f i l h o s np =0 np<np np++) 0, 0 ) 0 ) / / termina o programa ÓÖ(ÒÔ=0ÒÔ<ÆÈÒÔ++) / / criação de NP pipes ÓÖ(ÒÔ=0ÒÔ<ÆÈÒÔ++) { / / criação de NP processos ) == 0) { / / processos f i l h o s / / processos f i l h o s fecham extremidades adequadas das pipes / / p r i m e i r o processo f i l h o começa tudo e envia p r i m e i r o v a l o r / / todos os processos f i l h o s f ic am lendo e escrevendo nas / / extremidades adequadas at é que um deles receba o v a l o r 10 / / f i l h o s terminaram, fecham suas extremidades e saem do programa DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 22

23 Exemplo: pipe de processos (cont.) ÒÐÙ <sys / types. h> ÒÐÙ < s ÒÐÙ < u Ò READ 0 Ò WRITE 1 i g n a l. h> n i s t d. h> Ò NP 3 Ò VAL 10 Ñ Ò( ) Ô ØÔÖÓ[ÆÈ] { ÒØ [ÆÈ] [ 2 ],ÒÔ,Ú Ð, ÓÖ(ÒÔ=0ÒÔ<ÆÈÒÔ++) Ô Ô ( [ÒÔ] ) ( (ÔÖÓ[ÒÔ] = ÓÖ ( ) (!=ÒÔ)ÐÓ ( [ ] [ÏÊÁÌ ] ) [Ê ] ) ÓÖ(ÒÔ=0ÒÔ<ÆÈÒÔ++) { ) == 0) { / / processos f i l h o s fecham extremidades adequadas das pipes ÓÖ( =0 <ÆÈ ++) { (!= (ÒÔ 1+ÆÈ)%ÆÈ)ÐÓ ( [ ] / / p r i m e i r o processo f i l h o começa tudo e envia p r i m e i r o v a l o r (ÒÔ== 0) { DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 23

24 Ú Ð=1 ÔÖ ÒØ ( Ð Ó½ ½ Ò ) ÛÖ Ø ( [ÒÔ] [ÏÊÁÌ ], &Ú Ð, Þ Ó ( ÒØ) ) / / todos os processos f i l h o s f ic am lendo e escrevendo nas / / extremidades adequadas at é que um deles receba o v a l o r 10 Û Ð (Ö ( [ (ÒÔ 1+ÆÈ)%ÆÈ] [Ê ], &Ú Ð, Þ Ó ( ÒØ) ) ) { Ú Ð++ (Ú Ð==Î Ä) Ö ÔÖ ÒØ ( Ð Ó± ± Ò,ÒÔ+1,Ú Ð) ÛÖ Ø ( [ÒÔ] [ÏÊÁÌ ], &Ú Ð, Þ Ó ( ÒØ) ÐÓ ( [ÒÔ] [ÏÊÁÌ ] ) [Ê ] Ü Ø( 0 ) / / f i l h o s terminaram, fecham suas extremidades e saem do programa ÐÓ ( [ (ÒÔ 1+ÆÈ)%ÆÈ] ) ) DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 24