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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Leonor Caldeira
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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: ± Û Ó Û ¹Ð O programa Û Ó gera uma linha por utilizador e envia-a ao programa Û que vai contar o número de linhas recebidas. write() fd[1] fd[0] read() who wc -l DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 1

2 Canos (Pipes) Ö Ó Ô Ô ÒØ Ô Ô ÒØ ¾ µ instancia dois descritores de um ficheiro: 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 READ 0 WRITE 1 * Ñ = ; ( ) { [ 2 ], ( ) +1; [ ] ; Ô Ô ÓÖ Ê ÐÓ ÏÊÁÌ Ñ Ñ Ë Þ ÛÖ Ø ÏÊÁÌ ÐÓ ( ) ; / / Um programa em que o processo f i l h o ( ( ) ==0) { / / envia ao processo pai uma mensagem ( [ ] ) ; ( [ ],, ) ; ( [ ] ) ; Ð { ÐÓ ( [ ÏÊÁÌ ] ) ; Ñ Ë Þ = Ö ( [ Ê ], Ù,100) ; ( Æ ÝØ ± Å ± Ò, Ñ Ë Þ, Ù ) ; ÔÖ ÒØ ( [ Ê ] ) ; ÐÓ 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 < s t d i o. h> < s t d l i b. h> N 3 READ 0 WRITE 1 Ñ Ò ( ) { [ ] [ ] = { { 1, 1, 1, { 2, 2, 2, { 3, 3, 3 ;,, =0, [ 2 ] ; ( Ô Ô ( ) == 1) Ñ ÖÖÓ Ô Ô Ð ÓÙ µ ÓÖ <Æ ( ) ; ( =0; ; ++) ( ÓÖ ( ) == 0) { / * f i l h o * / ÓÑ Ú ØÓÖ ÓÑ Ä Ò= ( [ ] ) ; ( [ Ê ] ) ; ÐÓ ( [ ÏÊÁÌ ], & ÓÑ Ä Ò, Þ Ó ( ÒØ ) ) ; ÛÖ Ø ( 0 ) ; Ü Ø ÐÓ ÏÊÁÌ ÓÖ <Æ Ö Ê & ÓÑ Ä Ò Þ Ó ÒØ ÓÑ Ä Ò ÓÑ ÐÓ ( [ ] ) ; / * pai ( =0; ; ++) { * / ( [ ],, ( ) ) ; += ; ÐÓ ( [ Ê ] ) ; ÔÖ ÒØ ( ÓÑ Ñ ØÖ Þ ± Ò, ÓÑ ÐÓ ) ; DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 6

7 Exemplo utilizando N processos e 1 pipe ÒØ ÓÑ Ú ØÓÖ ÒØ Ú ÒØ ÓÑ / / Definição da função a u x i l i a r soma_vector ( [ ] ) {, =0; ( =0; <Æ ; ++) ÓÑ += Ú [ ] ; ÓÖ ÓÑ ; Ö ØÙÖÒ 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 uma Ô Ô e quisermos construir uma Ô Ô Ð Ò entre processos. Ö Ó ÙÑ Ô ÙÑ Ö ØÓÖ ÒØ ÙÔ ÒØ ÓÐ µ ÒØ ÙÔ¾ ÒØ ÓÐ ÒØ Ò Û µ ÙÔ: sistema escolhe o menor descritor disponível e coloca-o a apontar para o mesmo ficheiro que ÓÐ. ÙÔ¾: utilizador escolhe o descritor em Ò Û. Sistema fecha Ò Û se estiver ativo e coloca-o a apontar para o mesmo ficheiro que ÓÐ. 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. Necessário: ÒÐÙ ÙÒ Ø º Exemplo: redirecionar o standard-output de um processo ao standard-input do outro (e.g. pipes da shell). DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 9

10 Exemplo com ÙÔ¾ µ Programa que executa 2 programas dados, ligando o Ø ÓÙØ do primeiro ao Ø Ò do segundo (e.g. Ð ÓÖ Û Ó Û). 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 Read 0 Write 1 ( Ö, * [ ] ) Ñ Ò Ö Ú Ö ÒØ { ÒØ [ 2 ] ; / / declaração da pipe Ô Ô ( ) ; / / criação da pipe ( ÓÖ ( ) == 0) { / * f i l h o * / / / criação do processo Ð { / * pai * / DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 11

12 Exemplo com ÙÔ¾ µ Read 0 Write 1 ( Ö, * [ ] ) Ñ Ò ÒØ { [ 2 ] ; Ö Ú Ö ÒØ 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? Read 0 Write 1 ( Ö, * [ ] ) Ñ Ò ÒØ { [ 2 ] ; Ö Ú Ö ÒØ Ô Ô ( ) ; ( ÓÖ ( ) == 0) { / * f i l h o * / ( [ ÏÖ Ø ] ) ; / / fechar extremidade ÐÓ / / não u t i l i z a d a Ü ÐÔ ( Ö Ú [ 2 ], Ö Ú [ 2 ], ÆÍÄÄ ) ; Ð { / * pai * / ( [ Ê ] ) ; / / fechar extremidade ÐÓ / / 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 Read 0 Write 1 ( Ö, * [ ] ) Ñ Ò ÒØ { [ 2 ] ; Ö Ú Ö ÒØ Ô Ô ( ) ; ( ÓÖ ( ) == 0) { / * f i l h o * / ÐÓ ( [ ÏÖ Ø ] ) ; ÙÔ¾ Ê ÐÓ Ê Ü ÐÔ Ö Ú Ö Ú ÆÍÄÄ Ô ÖÖÓÖ Ð Ó ÒÓ Ù ( [ ], 0) ; / / r e d i r e c i o n a i n p u t ( [ ] ) ; ( [ 2 ], [ 2 ], ) ; ( ) ; { / Ð * pai * / ( [ Ê ] ) ; ÐÓ ÙÔ¾ ÏÖ Ø ÐÓ ÏÖ Ø Ü ÐÔ Ö Ú Ö Ú ÆÍÄÄ Ô ÖÖÓÖ Ð Ó ÒÓ Ù ( [ ], 1) ; / / r e d i r e c i o n a output ( [ ] ) ; ( [ 1 ], [ 1 ], ) ; ( ) ; 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 programa anterior de forma a criar comunicação bidirecional entre os dois processos. 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: Ä Ò ½ ººº Ä Ò ½¼¼ O processo filho deve executar o programa ÑÓÖ para paginar no ecrã a sequência de linhas recebida do processo pai. Como o paginador ÑÓÖ precisa ter acesso exclusivo ao terminal, o processo pai não deve terminar antes do processo filho. DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 17

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

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

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

21 ½ ½ Ð Ó ¾ ¾ Ð Ó Ð Ó ½ Ð Ó ¾ Ð Ó Ð Ó ½ Ð Ó ¾ Ð Ó Ð Ó ½ ½¼ Ð Ó 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 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 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.) <sys / types. h> / / pai fecha todas as extremidades < s i g n a l. h> np=0; np<np; np++) { < u n i s t d. h> close ( fd [ np ] [ WRITE ] ) ; READ 0 close ( fd [ np ] [ READ] ) ; WRITE 1 NP 3 / / pai espera pelos f i l h o s VAL 10 ( np=0; np<np; np++) ( [ ], 0, 0 ) ; ( ) { ( 0 ) ; [ ] ; / / termina o programa [ ] [ 2 ],,, ; ( =0; ; ++) / / criação de NP pipes ( [ ] ) ; ( =0; ; ++) { / / 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 ficam lendo e escrevendo nas / / extremidades adequadas até 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 i g n a l. h> ÒÐÙ < u n i s t d. h> Ò READ 0 Ò WRITE 1 Ò NP 3 Ò VAL 10 Ñ Ò ( ) { Ô Ø ÔÖÓ [ ÆÈ ] ; ÒØ [ ÆÈ ] [ 2 ], ÒÔ, Ú Ð, ; ÓÖ ( ÒÔ =0; ÒÔ<ÆÈ ; ÒÔ ++) Ô Ô ( [ ÒÔ ] ) ; ÓÖ ( ÒÔ =0; ÒÔ<ÆÈ ; ÒÔ ++) { ( ( [ ] = ( ) ) == 0) { / / processos f i l h o s fecham extremidades adequadas das pipes ( =0; ; ++) { (!= ) ( [ ] [ ] ) ; (!= ( ) ( [ ] [ ] ) ; / / 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 ( == 0) { DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 23

24 Ú Ð = 1; ÔÖ ÒØ ( Ð Ó ½ ½ Ò ) ; ÛÖ Ø ÒÔ ÏÊÁÌ &Ú Ð Þ Ó ÒØ Ö Ê &Ú Ð ÒÔ 1+ÆÈ )%ÆÈ Þ Ó ÒØ Û Ð Î Ä Ú Ð Ö ( [ ] [ ],, ( ) ) ; / / todos os processos f i l h o s ficam lendo e escrevendo nas / / extremidades adequadas até que um deles receba o v a l o r 10 ( ( [ ( ] [ ],, ( ) ) ) { ( == ) ; Ú Ð ++; ( [ ] [ ],, ( ) ) ; / / f i l h o s terminaram, fecham suas extremidades e saem do programa ( [ ] [ ] ) ; ( [ ( ] [ ] ) ; ( 0 ) ; / / p a i fecha todas as extremidades ( =0; ; ++) { ( [ ] [ ] ) ; ( [ ] [ ] ) ; / / pai espera pelos f i l h o s ( =0; ; ++) ( [ ], 0, 0 ) ; ( 0 ) ; / / termina o programa DCC/FCUP Fernando Silva Sistemas de Operação 24

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