====== Cvičení 4 : Vytváření procesů v C a překlad make ======

===== Domácí příprava =====

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 ([[courses:b4b35osy:cviceni:material:gcc|gcc]]).

Nastudujte si použití nástroje **make** pro překlad programu v jazyku C/C+⁣+:  [[courses:b4b35osy:cviceni:material:make|make]]

Dále je pro absolvování cvičení nutné mít přehled o systémových
voláních [[http://man7.org/linux/man-pages/man2/fork.2.html|fork]],
[[http://man7.org/linux/man-pages/man2/pipe.2.html|pipe]],
[[http://man7.org/linux/man-pages/man2/dup.2.html|dup]], open, kill,
wait a [[http://man7.org/linux/man-pages/man2/execve.2.html|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.


===== Zadání =====

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. Původní (hlavní) proces bude označován jako MAIN. (POZOR, záleží na pořadí vytvoření potomků)
  * 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 a váš program urychlit použitím ''rand() % 4096'' místo samotného ''rand()''.
  * 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 {{:courses:b4b35osy:cviceni: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.

==== Poznámky k implementaci: ====

  * 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 ''[[http://man7.org/linux/man-pages/man7/signal-safety.7.html|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]''.

==== Aplikace nsd ====

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 {{:courses:b4b35osy:cviceni:nsd.tgz|}}

==== Ukázkový kód ====

Jak vytvořit proces a rouru se můžete inspirovat ukázkovým kódem z [[http://man7.org/linux/man-pages/man2/pipe.2.html#EXAMPLE|manuálové stránky systémového volání pipe]].
===== Domácí příprava na další cvičení =====

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
  * [[https://www.cs.cmu.edu/afs/cs/academic/class/15492-f07/www/pthreads.html|Pthread tutorial]] nebo
  * [[http://man7.org/linux/man-pages/man7/pthreads.7.html#SEE_ALSO|Manuálové stránky funkcí pthread]].