Параллельное и распределенное программирование на С++

Хьюз Камерон

28 else{

29 ofstream OPipe(Fd[l]);

30 OPipe « M_PI « endl;

31 wait(&Status);

32 OPipe.close;

33

34 }

35

36 }

Вспомните, что значение 0, возвращаемое функцией fork, принадлежит сыновнему процессу. В программе 11.1 канал создается при выполнении инструкции, расположенной на строке 17. А при выполнении инструкции, расположенной на строке 29, родительский процесс открывает канал для записи. Файловый дескриптор Fd[1] означает «записывающий» конец канала. К этому концу канала (благо д аря вызову конструктора на строке 29) присоединяется объект класса ofstream. К «считывающему» концу канала присоединяется объект класса ifstream (строка 23). Сыновний

процесс открывает канал для чтения и получает доступ к дескриптору файла, поскольку он вместе со средой родителя наслелует и дескрипторы файлов. Таким образом, любые файлы, которые открыты в среде родителя, будут оставаться открытыми и в среде наследника, если операционнал система не получит явные инструкции, основанные на системной функции fcntl. Помимо наследования открытых файлов, маркеры внутрифайловых позиций остаются там, где они были в момент порождения сыновнего процесса, чтобы сыновний процесс также получил доступ к маркеру позиции. При изменении позиции в родительском процессе маркер сыновнего также смещается. В этом случае мы могли бы реализовать потоковое представление данных, не создавал интерфейсный класс. Просто присоединив файловые дескрипторы канала к объектам классов ofstream и ifstream, мы сможем использовать операторы вставки (<<) и извлечения (»). Аналогично любой класс, в котором определены операторы ">>" и "<<", может выполнять операции вставки данных в канал и извлечения их оттуда без какого-либо дополнительного программирования. В программе 11.1 родительский процесс поме щ ает значение M_PI в канал (строка 30), а сыновний процесс извлекает это з н ачение из канала, используя оператор ">>" (строка24). Инструкции по выполнению и компиляции этой программы приведены в разделе «Профиль программы 11.1».

f

(Профиль программы 11.1

Имя программы program11-1.cc

Оп и сание

Программа 11.1 демонстрирует использование объектно-ориентированного потока c использованием анонимных системных каналов. Для создания двух процессов, |которые взаимодействуют между собой с помощью операторов вставки («) и из-!влечения (»), программа использует функцию fork.

Требуемые заголовки

<wait.h>,<unistd.h>, <iostream.h>, <fstream.h>, <math.h>.

Инс т рукци и по компиляции и компоновке программ

C++ -о program11-1 program11-1.cc

Среда для т ес ти рова ни я

Solaris 8, SuSE Linux 7.1.

Инструкции по выполнению

./program11-1

Компилятор gnu С++ также под д ерживает метод attach . Этот мето д можно использовать д ля связи файловых д ескрипторов с объекта м и классов ifstream и ofstream (листинг 11.21).

// Листинг 11.21. Подключение файловых дескрипторов к

// объекту класса ofstream

int main (int argc, char *argv[]) {

int Fd[2];

ofstream Out;

pipe(Fd);

Out.attach(Fd[l]); // - . .

// Межпроцессное взаимодействие. //. . .

Out.close;

}

При вызове функции Out.attach(Fd[1] ) объект класса ofstream связывается с файловым дескриптором канала. Теперь Любая информация, которая будет помещена в объект Out, в действительности запишется в канал. Использование операторов извлечения и вставки для выполнения автоматического преобразования формата является основным достоинством использования семейства fstream– классов в сочетании с канальной связью. Возможность применять пользовательские средства извлечения и вставки избавляет программиста от определенных трудностей, которые могут иметь место при программировании каналов связи. Поэтому вместо явного перечисления размеров данных, записываемых в канал и читаемых из него, при управлении доступом для чтения-записи мы используем только количество передаваемых через канал элементов, что существенно упрощает весь процесс. К тому же такое «снижение себестоимости» немного упрощает параллельное программирование. Рекоменлуемый нами метод состоит в использовании архитектуры, в основе которой лежит принцип «разделяй и властвуй». Главное — правильно расставить компоненты «по своим местам» — и программирование станет более простым. Например, поскольку канал связывается с объектами классов ofstream и ifstream, мы можем использовать информацию, хранимую компо н ентом ios,

для определения состояния канала. Компоненты преобразования iostreams-классов можно использовать для выполнения автоматического преобразования данных, помещаемых в один конец канала и извлекаемых из его другого конца. Использование каналов вместе с iostream-классами также позволяет программисту интегрировать стандартные контейнеры и алгоритмы с использованием межпроцессного взаимодействия на основе канала. На рис. 11.9 показаны взаимоотношения между объектами классов ifstream, ofstream, каналом и средствами вставки и извлечения при организации межпроцессного взаимодействия.

Для чтения данных из канала и записи данных в канал можно также испо л ьзовать семейство к л ассов fstream и функции-ч л ены read и write .

Доступ к анонимным каналам c использованием итератора ostream_iterator

Канал можно также испо л ьзовать с итераторами ostream_iterator и istream_ iterator, которые представляют собой обобщенные объектно-ориентированные указатели. Итератор ostream_iterator позволяет передавать через канал целые контейнеры (т.е. списки, векторы, множества, очереди и пр.). Без использования iostreamo6beKTOB и итератора ostream_iterator передача контейнеров объектов была бы очень громоздкой и подверженной ошибкам процедурой. Операции, которые доступны для классов ostream_iterator и istream_iterator, перечислены в табл. 11.4.

Рис.11.9. Взаимоотношения между объектами классов ifstream, ofstream, каналом и средствами вставки и извлечения при организации межпроцессного взаимодействия

Таблица»11.4. Операции, доступныедля классов ostream_iterator и istream_iterator

istream_iterator

а == b отношение эквивалентности

а != b отношение неэквивалентности

*a разыменовывание

++r инкремент (префиксная форма)

r++ инкремент (постфиксная форма)

ostream_iterator

++r инкремент (префиксная форма)

r++ инкремент (постфиксная форма)

Обычно эти итераторы используются вместе с iostreams-классами и стандартными алгоритмами. Итератор ostream_iterator предназначен только для последовательно выполняемой записи. После доступа к некоторому элементу программист не может вернуться к нему опять, не повторив всю итерацию сначала. При использовании этих итераторов канал обрабатывается как последовательный контейнер. Это означает, что при связывании канала с iostreams-объектами посредством итератора ostream_iterator и файловых дескрипторов мы можем применить стандартный алгоритм обработки данных для ввода их из канала и вывода их в канал. Причина того, что эти итераторы можно использовать вместе с каналами, состоит в связи, которая существует между итераторами и iostreams-классами. На рис. 11.10 представлена диаграмма, отображающая отношения между итераторами ввода-вывода и iostreams-классами.

Рис. 11.10. Отношения между итераторами ввода-вывода и iostreams-классами

На рис. 11.10 также показано, как эти классы взаимодействуют с объектно-ориентированным каналом. Рассмотрим подробнее, как итератор ostream_iterator используется с объектом класса ostream. Если инкрементируется указатель, мы ожидаем, что он будет указывать на следующую область памяти. Если же инкрементируется итератор ostream_iterator, он переме щ ается на следующую позицию выходного потока. Присваивал значение разыменованному указателю, мы тем самым помещаем это значение в область, на которую он указывает. Присваивал значение итератору ostream_iterator, мы помещаем это значение в выходной поток. Если выходной поток связан с объектом cout, это значение отобразится на стандартном устройстве вывода. Мы можем объявить объект класса ostream_iterator следующим образом, ostream_iterator<int> X(cout, «\n»);

Тогда X является объектом типа ostream_iterator. При выполнении операции инкремента X++; итератор X перейдет к слелую щ ей позиции выходного потока. А при выполнении этой инструкции присваивания

*X = Y;

значение Y будет отображено на стандартном устройстве вывода. Дело в том, что оператор присваивания "=" перегружен дл я использования объекта класса ostream. В результате объявления