Vytváření procesů v C a překlad make

Předpokládáme, že máte základní znalosti jazyka C a víte, jak funguje překlad ze zdrojových kódů jazyka C do binární spustitelné aplikace (v obecném případě, kdy je zdrojových souborů více).

Dále byste měli mít alespoň minimální povědomí o použití překladače gcc a jeho základních parametrech (gcc).

Nastudujte si použití nástroje make pro překlad programu v jazyku C/C++: make

Dále je pro absolvování cvičení nutné mít přehled o systémových voláních fork, pipe, dup, open, kill, wait a execve, tzn. měli byste vědět jak vzniká nový proces a jak lze přesměrovat standardní vstup a výstup. Potřebné informace se dozvíte na některé z předchozích přednášek.

Vytvořte v jazyce C (nebo C++) program forkpipe, který:

• Vytvoří dva procesy (potomky) voláním funkce fork. Prvně vytvořený proces budeme níže nazývat GEN, druhý NSD.
• Tyto potomky propojí rourou (funkce pipe a dup2) tak, aby standardní výstup GEN byl napojen na standardní vstup NSD.
• Poté počká 5 sekund pomocí volání sleep(5).
• Poté pošle procesu GEN signál SIGTERM, který způsobí ukončení obou potomků.
  • Poznámka: GEN skončí díky obsluze signálu – viz níže, NSD by pak měl skončit automaticky také, neboť při ukončení GEN OS uzavře rouru a NSD je naprogramován tak, že skončí při uzavření standardního vstupu.
• Následně počká na ukončení procesů GEN a NSD (např. pomocí funkce wait).
• Pokud libovolný z potomků skončil chybou (návratový kód != 0), vypíše na standardní výstup řádku “ERROR” a skončí s návratovým kódem 1, v opačném případě vypíše tamtéž řádku “OK” a skončí s kódem 0.
• Pokud libovolné systémové volání vrátí chybu, okamžitě by měl skončit s návratovým kódem 2.
• GEN bude na standardní výstup vypisovat řádky obsahující dvě mezerou oddělená náhodná čísla vygenerovaná funkcí rand() (např. printf(“%d %d\n”, rand(), rand())).
  • Pozor, při generování příliš vysokých čísel může program nsd počítat i několik sekund. Můžete předpokládat, že při testech v BRUTE nevrátí funkce rand() větší číslo než 4095.
• Mezi výpisem řádek bude GEN čekat jednu sekundu pomocí volání sleep(1).
• GEN bude reagovat na signál SIGTERM. Při zaslání tohoto signálu GEN vypíše na standardní chybový výstup řádku “GEN TERMINATED” a skončí s návratovým kódem 0.
• NSD zavolá po vytvoření funkci execl, aby začal vykonávat program nsd (viz níže). Žádný jiný proces by neměl execl volat.

Dále vytvořte Makefile, který:

• Při spuštění příkazu make bez parametrů zkompiluje váš program forkpipe a program nsd pro výpočet největšího společného dělitele, jehož zdrojové kódy si stáhněte z nsd.tgz. Obě binárky program umístí do stejného adresáře jako soubor Makefile.
• Při změně libovolného zdrojového souboru make překompiluje pouze soubory, které jsou z daného souboru generovány (ať přímo či nepřímo). Ostatní generované soubory měněny nebudou.
• Překladači jazyka C vždy předá volbu -Wall, která způsobí výpis užitečných varování.

• Rouru musíte vytvořit dříve než potomky, abyste je s ní mohli propojit.
• Po vytvoření potomků rodičovský proces rouru nepotřebuje a měl by ji uzavřít. Pokud ji neuzavře, NSD neskončí automaticky po ukončení GEN, jak je popsáno výše, protože roura bude stále otevřená.
• Uzavírejte důsledně všechny file descriptory, které již nebudete potřebovat. Předejdete tím záludným chybám.
• Z funkce obsluhující signál (tzv. signal handler) není možné volat libovolnou funkci. Viz man signal-safety. Zejména by se nemělo používat “buffered I/O”, tedy např. funkce printf. Pokud nepodporovanou funkci zavoláte, program může (ale nemusí) zhavarovat (jedná se o tzv. chybu souběhu neboli “race condition”).
• Pro ladění programu se vám můžete hodit příkaz strace -f. Vyzkoušejte také argumenty -e process, -e file, -e trace=dup2, apod.
• Odevzdávejte všechny soubory zabalené v archivu. Můžete použít příkaz tar czf osy04.tgz Makefile *.[ch].

Zdrojové kódy aplikace nsd se skládají ze souborů nsd_main.c, nsd.c a nd.c a hlavičkových souborů nsd.h a nd.h. Jejich přeložením vytvoříte binární soubor 'nsd'.

Zdrojové soubory naleznete v archivu nsd.tgz

Jak vytvořit proces a rouru se můžete inspirovat ukázkovým kódem z manuálové stránky systémového volání pipe.

Pro další cvičení budete potřebovat vědět

• co jsou vlákna,
• jaké problémy mohou nastávat při paralelních běhů vláken,
• jaké synchronizační prostředky máme k dispozici a
• jak je vytvoříme v jazyce C s využitím knihovny pthread.

Potřebné informace byste měli získat na přednáškách, případně se podívejte na

• Pthread tutorial nebo
• Manuálové stránky funkcí pthread.