Fonctions système des I.P.C.s d'Unix System V^[1]

Complément de cours

Sémaphores

semget()
semctl()
semop()

type struct sem
type struct semid_ds
type struct sembuf

Mémoires partagées

shmget()
shmctl()
shmat()
shmdt()

Files de messages

msgget()
msgctl()
msgrcv()

msgsnd()

`semget()`

Nom

semget - permet d'utiliser un ensemble de sémaphores.

Syntaxe

#include <sys/types.h> // contient la définition de key_t
#include <sys/sem.h> // contient le profil de semget()

int semget (key_t key, int nsems, int semflg);

Description

La fonction semget() permet d'utiliser l'ensemble de sémaphores de clé key et de nsems (<= SEMMSL) sémaphores. Les valeurs possibles de semflg sont :

IPC_CREAT ^[6] pour créer l'ensemble de sémaphores s'il n'existe pas déjà.
IPC_EXCL combinée avec IPC_CREAT (droits d'accès | IPC_CREAT | IPC_EXCL) permet de s'assurer de la création de l'ensemble de sémaphores.
0 pour utiliser un ensemble de sémaphores qui existe déjà.

Les sémaphores de l'ensemble sont numérotés à partir de 0.

Si l'ensemble de sémaphores existe déjà, la valeur de nsems est ignorée. Elle doit cependant être inférieure ou égale au nombre de sémaphores de l'ensemble déjà créé.

Valeur retournée

La fonction semget() retourne l'identificateur (voir la commande ipcs) de l'ensemble de sémaphores de clé key (voir famille xxxget()).

Diagnostic d'erreur

La fonction semget() retourne -1 en cas d'erreur et positionne la variable globale errno. Parmi les erreurs possibles :

utilisation du flag IPC_EXCL alors que l'ensemble de sémaphores existe déjà,
absence du flag IPC_CREAT alors que l'ensemble de sémaphores n'existe pas.

`semctl()`

Nom

semctl - contrôles d'un ensemble de sémaphores.

Syntaxe

#include <sys/sem.h> // contient le profil de semctl()
// et la déclaration de struct semid_ds

int semctl (int semid, int semnum, int cmd, union semun arg); ^[2]

Description

    La fonction semctl() permet d'effectuer des commandes sur l'ensemble de sémaphores d'identificateur semid. La signification des paramètres arg et semnum dépend de la valeur du paramètre cmd qui permet un nombre de contrôles beaucoup plus important que pour les autres I.P.C.s. Cette fonction permet entre autre d'initialiser un ou tous les sémaphores d'un ensemble, de connaître la valeur de tous les sémaphores d'un ensemble, etc. Le dernier paramètre, arg, est une union qui n'est pas obligatoirement déclarée dans les fichiers .h inclus, et qui peut devoir être ajoutée par l'utilisateur. Voici un extrait du fichier /usr/include/bits/sem.h :

/* The user should define a union like the following to use it for arguments
   for `semctl'.
   union semun
   {
     int val;                           // <= value for SETVAL
     struct semid_ds *buf;              // <= buffer for IPC_STAT & IPC_SET
     unsigned short int *array;         // <= array for GETALL & SETALL
     struct seminfo *__buf;             // <= buffer for IPC_INFO
   };
   Previous versions of this file used to define this union but this is
   incorrect. One can test the macro _SEM_SEMUN_UNDEFINED to see whether
   one must define the union or not. */
#define _SEM_SEMUN_UNDEFINED    1

    Le xman de la fonction semctl() indique pour sa part comment faire la déclaration :

#if defined(__GNU_LIBRARY__)&& !defined (_SEM_SEMUN_UNDEFINED)
    /* union is defined by including <sys/sem.h> */
#else
    /* according to X/OPEN we have to define it ourselves */
    union semun
    {
        int val;                           // <= value for SETVAL
        struct semid_ds *buf;              // <= buffer for IPC_STAT & IPC_SET
        unsigned short int *array;         // <= array for GETALL & SETALL
        struct seminfo *__buf;             // <= buffer for IPC_INFO
    };
#endif

Comme l'indiquent les commentaires, la donnée membre qui doit être initialisée et qui sera utilisée par la fonction dépend de la valeur du paramètre cmd, décrit plus loin.

On rappelle qu'un sémaphore n-aire peut être considéré comme une valeur à laquelle on associe une file d'attente. Chaque sémaphore d'un ensemble est représenté par une structure struct sem (fichier /usr/include/sys/sem.h) qui est définie de la façon suivante :

struct sem {
    ushort_t semval;   // valeur du sémaphore^[3]
    pid_t    sempid;   // le pid du dernier processus à avoir manipulé le
                       // sémaphore
    ushort_t semncnt; // le nombre de processus en attente d'une
                       // augmentation de la valeur semval,
    ushort_t semzcnt; // le nombre de processus en attente de la valeur 0
                       // dans semval.
};

Un ensemble de sémaphores est représenté par la structure struct semid_ds :

struct semid_ds {
    struct ipc_perm sem_perm;     /* operation permission struct */
    struct sem     *sem_base;     /* ptr to first semaphore in set*/
    ushort_t        sem_nsems;    /* # of semaphores in set       */
    time_t          sem_otime;    /* last semop time              */
    time_t          sem_ctime;    /* last change time             */
};

où sem_base peut être considéré comme un tableau de sem_nsems sémaphores puisque c’est l’adresse du premier sémaphore de l’ensemble.

Les valeurs possibles de cmd sont :

GETVAL ^[7] , GETPID, GETNCNT, GETZCNT : permettent d'obtenir la valeur respective de chacun des champs de la structure correspondant au sémaphore numéro semnum de l'ensemble semid. Cette valeur est retournée par semctl(). La valeur de arg n'est pas utilisée mais le paramètre doit être présent.
SETVAL : permet d'initialiser le sémaphore semnum de l'ensemble semid à la valeur val.
GETALL : permet d'obtenir les valeur des sémaphores de l'ensemble semid, ces valeurs sont récupérées dans le tableau array (attention à l'allocation d'espace mémoire). La valeur de semnum n'est pas utilisée (peut donc être nulle) mais le paramètre doit être présent.
SETALL : permet d'initialiser les sémaphores de l'ensemble semid avec les valeurs du tableau array. La valeur de semnum n'est pas utilisée (peut donc être nulle) mais le paramètre doit être présent.
IPC_STAT : récupère dans la zone pointée par buf toutes les informations concernant l'ensemble de sémaphores et stockées dans la structure semid_ds. La valeur de semnum n'est pas utilisée (peut donc être nulle) mais le paramètre doit être présent.
IPC_SET : permet de positionner certaines propriétés de la partie sem_perm de la structure semid_ds. Utilise pour cela la zone pointée par buf. La valeur de semnum n'est pas utilisée (peut donc être nulle) mais le paramètre doit être présent. Seuls sont modifiables par le propriétaire les champs uid, gid et mode. La valeur de semnum n'est pas utilisée (peut donc être nulle) mais le paramètre doit être présent.
IPC_RMID ^[6] permet de détruire l'ensemble de sémaphores. Les valeurs de semnum et de arg ne sont pas utilisées mais les paramètres doivent être présents.

Valeur retournée

La fonction semctl() renvoie 0 ou le nombre demandé en cas de succès.

Diagnostic d'erreur

La fonction semctl() renvoie -1 en cas d'erreur et positionne la variable globale errno.

`semop()`

Nom

semop - exécution d'un ensemble d'opérations sur un ensemble de sémaphores..

Syntaxe

#include <sys/sem.h> // contient le profil de la fonction semop()
// et la déclaration de struct sembuf
int semop (int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

Description

La fonction semop() permet d'effectuer l'ensemble de nsops opérations décrites chacune dans le struct sembuf correspondant du tableau pointé par sops sur l’ensemble de sémaphores d’identificateur semid. Le paramètre sops est un pointeur vers un tableau de nsops opérations. Chaque opération est décrite par un struct sembuf dont voici la forme:

struct sembuf ^[4]{
    unsigned short int sem_num; // numéro (dans l'ensemble) du sémaphore
                                // concerné par l'opération
    short sem_op;               // opération à effectuer (décrite plus bas)
    short sem_flg;              // on ne se servira que de IPC_NOWAIT, pour rendre
                                // non bloquante une opération qui l'aurait été
};

Si aucune des opérations (sem_op) ne bloque ou n'aurait dû bloquer le processus qui exécute semop(), toutes les opérations sont exécutée en une seule fois (de façon atomique) dans l'ordre croissant des indices de sops.

Si une au moins des opérations entraîne un blocage du processus qui exécute cette fonction semop(), aucune opération n'est réalisée et le processus se bloque jusqu'à ce qu'une opération débloquante ait été effectuée par un autre processus. A ce moment là tous les processus, bloqués sur le ou les sémaphores de l'ensemble concerné par cette dernière opération, sont réveillés et le système essaie à nouveau d'exécuter toutes les opérations pour chaque processus dans l'ordre de leur date de blocage. Si l'une de ces opérations est à nouveau bloquante, aucune n'est exécutée et le processus concerné se bloque à nouveau.

Si au moins une des opérations aurait dû entraîner le blocage du processus, et si la donnée-membre sem_flg du sembuf correspondant à cette opération contient l'option IPC_NOWAIT ^[6], aucune des opérations n'est réalisée, semop() renvoie -1 et errno prend la valeur EAGAIN.

Voici les opérations réalisées suivant la valeur de sem_op :

sem_op = 0 : opération bloquante jusqu'à ce que la valeur (semval) du sémaphore sem_num devienne nulle (semval = 0).
sem_op < 0 : opération bloquante jusqu'à ce que semval + sem_op devienne positif ou nul (semval + sem_op >= 0). Quand l'opération devient possible, semval <-- semval + semop. Si semval devient nul (semval = 0), tous les processus en attente de 0 sur ce sémaphore sont réveillés;
sem_op > 0 : semval <-- semval + sem_op, tous les processus en attente d'une augmentation de semval sur ce sémaphore (bloqués par un sem_op < 0) sont réveillés.

Valeur retournée

La fonction semop() renvoie 0 en cas de succès.

Diagnostic d'erreur

La fonction semop() renvoie -1 en cas d'erreur et positionne la variable globale errno. Si l'I.P.C. est détruite alors qu'elle bloque un processus, celui-ci est débloqué et la fonction semop() renvoie -1.

`shmget()`

Nom

shmget - permet d'utiliser un segment de mémoire partagée.

Syntaxe

#include <cstddef> // contient la définition de size_t #include <sys/types.h> // contient la définition de key_t #include <sys/shm.h> // contient le profil de la fonction shmget()

int shmget (key_t key, size_t size, int shmflg);

Description

La fonction shmget() permet d'utiliser le segment de mémoire partagée de clé key et de taille size en nombre d'octets. Les shmflgs possibles sont :

IPC_CREAT ^[6] pour créer le segment de mémoire partagée s'il n'existe pas déjà. Attention, il faut dans ce cas faire un ou binaire avec les droits accordés
IPC_EXCL combinée avec IPC_CREAT (IPC_CREAT | IPC_EXCL | droits d’accès) permet de s'assurer de la création du segment de mémoire partagée. Si le segment existe déjà, shmget() retourne -1.
0 permet d'utiliser un segment de mémoire partagée qui existe déjà (erreur si ce n'est pas le cas).

Si le segment existe déjà, la valeur de size est ignorée (elle peut être nulle). Elle doit cependant être inférieure ou égale à la taille du segment existant. Dans le cas contraire, la fonction shmget() retourne -1. La taille réservée est arrondie par excès au multiple supérieur de PAGE_SIZE (taille d'une page physique, aussi donné par la fonction système getpagesize() : voir man 2 getpagesize()). La taille size ne doit être ni inférieure à SHMMIN, ni supérieure à SHMMAX.

Valeur retournée

La fonction shmget() retourne l'identificateur du segment de mémoire partagée de clé key (voir famille get).

Diagnostic d'erreur

La fonction shmget() retourne -1 en cas d'erreur et positionne la variable globale errno.

`shmctl()`

Nom

shmctl - contrôles d'un segment de mémoire partagée.

Syntaxe

#include <sys/shm.h> // contient le profil de la fonction shmctl()
// et permet d'atteindre la définition de shmid_ds
int shmctl (int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

Description

La fonction shmctl() permet d'effectuer des commandes sur le segment de mémoire partagée d'identificateur shmid.

Trois commandes sont possibles:

IPC_RMID ^[6] détruit le segment de mémoire partagée (comportement identique à unlink() pour les fichiers). De plus, elle empêche tout nouvel attachement (voir shmat()) par un processus quelconque. La valeur de buf est totalement inutile, on aura intérêt à passer le pointeur 0;
IPC_STAT récupère dans la zone pointée par buf toutes les informations concernant le segment de mémoire partagée (comportement similaire à fstat());
IPC_SET permet de positionner certaines propriétés de la partie shm_perm de la structure struct shmid_ds pointée par buf. Seuls sont modifiables par le propriétaire les champs uid, gid et mode.

Deux commandes sont possibles par le super-utilisateur : SHM_LOCK et SHM_UNLOCK permettent de verrouiller et de déverrouiller le segment de mémoire partagée.

Valeur retournée

La fonction shmctl() renvoie 0 en cas de succès.

Diagnostic d'erreur

La fonction shmctl() renvoie -1 en cas d'erreur et positionne la variable globale errno.

`shmat()`

Nom

shmat - attachement à un segment de mémoire partagée.

Syntaxe

#include <sys/shm.h> // contient le profil de la fonction shmat()

void * shmat (int shmid, const void * shmaddr, int shmflg)^[5];

Description

La fonction shmat() permet d'attacher une adresse virtuelle au segment de mémoire partagée shmid. L'adresse shmaddr, passée en paramètre, permet au système de calculer l'adresse virtuelle d'attachement à ce segment. Il faut la choisir avec précaution pour éviter, par exemple, qu'elle ne vienne à un endroit déjà utilisé ou pire, interdit. Pour raison de sécurité, il est donc préférable de laisser totalement au système le choix de cette adresse. Cette solution permet en outre d'éviter d'énormes problèmes de portabilité. On laisse ce choix total au système en passant pour valeur de shmaddr l'adresse 0.

Si l'on utilise l'option SHM_RDONLY on attache le segment de mémoire partagée en lecture seulement. Toute tentative d'écriture dans le segment provoque l'envoi du signal SIGSEGV (segmentation fault (core dumped)). Si l'option 0 est utilisée, l’accès au segment est autorisé en lecture et en écriture.

Si un processus acquiert un segment de mémoire partagée à l'aide de la primitive shmget(), il ne peut rien en faire tant qu'il ne dispose pas de son adresse. La primitive shmat() permet donc à un processus, en renvoyant l'adresse virtuelle du début du segment, de travailler avec un segment de mémoire partagée comme avec une adresse quelconque (un pointeur quelconque).

Valeur retournée

La fonction shmat() renvoie l'adresse virtuelle du segment de mémoire partagée. Deux processus différents seront attachés au même segment de mémoire partagée, le plus probablement, à des adresses virtuelles différentes.

Diagnostic d'erreur

La fonction shmat() renvoie -1 en cas d'erreur et positionne la variable globale errno.

`shmdt()`

Nom

shmdt - détachement d'un segment de mémoire partagée.

Syntaxe

#include <sys/shm.h> // contient le profil de la fonction shmdt()

int shmdt (const void *addr);

Description

La fonction shmdt() permet de se détacher du segment de mémoire partagée préalablement attaché à l'adresse addr par l'appel à la primitive shmat(). Cette adresse devient donc une adresse illégale du processus.

Valeur retournée

La fonction shmdt() renvoie 0 en cas de succès.

Diagnostic d'erreur

La fonction shmdt() renvoie -1 en cas d'erreur et positionne la variable globale errno.

`msgget()`

Nom

msgget - permet d'utiliser une file de messages.

Syntaxe

#include <sys/types.h> // contient la définition de key_t
#include <sys/msg.h> // contient le profil de la fonction msgget()

int msgget (key_t key, int flags);

Description

IPC_CREAT ^[6] pour créer la file de messages si elle n'existe pas déjà. Attention, il faut dans ce cas faire un ou binaire avec les droits accordés.

IPC_EXCL combinée avec IPC_CREAT (IPC_CREAT | IPC_EXCL | droits d'accès) permet de s'assurer de la création de la file de messages. Si la file existe déjà, msgget() retourne -1.

0 permet d'utiliser une file de messages qui existe déjà (erreur si ce n'est pas le cas).

Valeur retournée

La fonction msgget() retourne l'identificateur (voir ipcs -q, colonne ID) de la queue de messages de clé key (voir famille get).

Diagnostic d'erreur

La fonction msgget() retourne -1 en cas d'erreur et positionne la variable globale errno.

`msgctl()`

Nom

msgctl - contrôles d'une file de messages.

Syntaxe

#include <sys/msg.h> // contient le profil de msgctl()
// et la déclaration de struct msqid_ds

int msgctl (int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

Description

La fonction msgctl() permet d'effectuer des commandes sur la file de messages d'identificateur msqid. Trois commandes sont possibles :

cmd = IPC_RMID détruit la file de messages (comportement identique à unlink() pour les fichiers). La valeur de buf est totalement inutile, on aura intérêt à passer le pointeur 0.
cmd = IPC_STAT récupère dans la zone pointée par buf toutes les informations concernant la file de messages (comportement similaire à fstat()).
cmd = IPC_SET permet de positionner certaines propriétés de la partie msg_perm de la structure struct msqid_ds pointée par buf. Seuls sont modifiables par le propriétaire les champs uid, gid et mode. Le superutilisateur peut en plus modifier le champ msg_qbytes de la structure pointée par buf.

Valeur retournée

La fonction msgctl() renvoie 0 en cas de succès.

Diagnostic d'erreur

La fonction msgctl() renvoie -1 en cas d'erreur et positionne la variable globale errno.

`msgrcv()`

Nom

msgrcv - réception d'une trame dans une file de message.

Syntaxe

#include <cstddef> // contient la définition de size_t #include <sys/msg.h> // contient le profil de la fonction msgrcv()

int msgrcv (int msqid, void * msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

Description

La fonction msgrcv() permet de recevoir une trame (voir msgsnd()), à l'endroit mémoire pointé par msgp, sur la file de messages msqid suivant la valeur du paramètre msgtyp. Le paramètre msgsz est la taille maximale admise du message contenu dans la trame. Si aucun message correspondant au type msgtyp n'est disponible dans la file, le processus récepteur se bloque jusqu'à ce qu'un message satisfaisant la demande soit disponible.

Pour éviter d'être bloqué, msgflg doit contenir IPC_NOWAIT (voir msgsnd()). Si un message correspondant au type msgtyp est disponible dans la file mais que sa taille est supérieur à msgsz, msgrcv() retourne -1 et positionne errno à E2BIG, à moins que l'option msgflg ne contienne MSG_NOERROR, auquel cas le message est extrait (dans sa totalité) mais tronqué à la taille msgsz.

Le paramètre msgtyp indique la trame à extraire :

msgtyp = 0 la première trame est extraite,
msgtyp > 0 la première trame du type donné est extraite,
msgtyp < 0 la première trame de type <= |type| est extraite.

Valeur retournée

La fonction msgrcv() renvoie la taille du message effectivement retiré.

Diagnostic d'erreur

La fonction msgrcv() renvoie -1 en cas d'erreur et positionne la variable globale errno.

`msgsnd()`

Nom

msgsnd - envoi d'une trame dans une file de messages.

Syntaxe

#include <cstddef> // contient la définition de size_t

#include <sys/msg.h> // contient le profil de la fonction msgsnd()

int msgsnd (int msqid, void * msgp, size_t msgsz, int msgflg);

Description

La fonction msgsnd() permet d'envoyer la trame pointée par msgp, dont le message est de longueur msgsz, sur la file de messages msqid avec les options msgflg.

Le type void, qui est celui prévu pour la trame peut porter n'importe quel nom et est à définir par l'utilisateur de la façon suivante:

un champ de type long qui doit contenir le type du message (défini par l'utilisateur),
le message proprement dit (et non un pointeur sur le message).

Quand la file de messages est pleine (en nombre d'octets) ou que le nombre maximum de messages est atteint, le processus émetteur se bloque jusqu'à ce que la file se vide un peu (un autre processus retire un message de taille suffisante dans la file). Les processus bloqués sont gérés en FIFO.

Pour éviter ce problème de blocage, on peut utiliser l'option IPC_NOWAIT, auquel cas, si le processus émetteur aurait dû être bloqué, la fonction retourne -1 et errno est positionné à EAGAIN (selon le man et peut-être ENOMSG).

Valeur retournée

La fonction msgsnd() renvoie 0 en cas de succès.

Diagnostic d'erreur

La fonction msgsnd() renvoie -1 en cas d'erreur et positionne la variable globale errno.

[1] développés initialement pour Unix System V, et disponibles dans de nombreuses versions d'Unix : Dec Unix, Linux, etc...

[2] En réalité, la véritable définition de la fonction, extraite du fichier /usr/include/sys/sem.h, est la suivante :

int semctl (int semid, int semnum, int cmd, ...);

(voir remarque [2] sur la fonction fcntl() concernant le paramètre ...).

La commande man correspondante donne encore un autre profil, mais qui est incomplet car ne comprend pas la version à trois paramètres

[3] défini par :

typedef unsigned short int ushort_t;

[4] structure décrite dans /usr/include/linux/sem.h
[5] déclaration conforme au fichier <sys/shm.h> mais différente dans le man
[6] définie dans le fichier /usr/include/sys/ipc.h
[7] accessible par le fichier /usr/include/sys/sem.h

Fonctions système des I.P.C.s d'Unix System V[1]

semget()

semctl()

semop()

shmget()

shmctl()

shmat()

shmdt()

msgget()

msgctl()

msgrcv()

msgsnd()

Fonctions système des I.P.C.s d'Unix System V^[1]

`semget()`

`semctl()`

`semop()`

`shmget()`

`shmctl()`

`shmat()`

`shmdt()`

`msgget()`

`msgctl()`

`msgrcv()`

`msgsnd()`