1. Запуск и организация взаимодействия параллельных процессов
2. Запуск и синхронизация нитей
3. Работа с именованной памятью и службой реального времени
4. Задачи по API

1. Запуск и организация взаимодействия параллельных процессов

Задание

Разработать приложение, состоящее из пяти взаимодействующих процессов. Требуется написать три программных модуля – М1, М2, М3. На базе модуля М1 из shell запускается стартовый процесс Р1(М1).

Процесс Р1 создаёт свой канал и, используя функцию семейства spawn*(), запускает процессы Р2(М2) и Р3(М2), передавая им в качестве аргумента chid своего канала, затем переходит в состояние приёма сообщений по своему каналу.

Процесс Р2 создаёт свой канал и, используя функцию семейства spawn*(), запускает процесс Р4(М3), передавая в качестве аргумента chid своего канала, затем переходит в состояние приёма сообщений по созданному каналу.

Процесс Р3 создаёт свой канал и, используя функцию семейства spawn*(), запускает процесс Р5(М3), передавая в качестве аргумента chid своего канала, затем переходит в состояние приёма сообщений по созданному каналу.

Процесс Р?(М3) устанавливает соединение c каналом родительского процесса Р?(М2) и посылает запрос на получение pid процесса Р1 и chid его канала, затем, после получения ответа (pid и chid), устанавливает соединение с каналом процесса Р1 и посылает ему сообщение «Р? loaded». После получения ответа выводит на экран «Р? ОК» и терминируется.

Процесс Р?(М2) после ответа на запрос процесса Р?(М3) выводит на терминал «Р? ОК» и терминируется.

Процесс Р1, получив сообщение от процесса Р1 или Р5, выводит его на экран и посылает ответ. После взаимодействия с Р1 и Р5 процесс Р1 выводит на экран «Р1 ОК» и терминируется.

Порядок выполнения приложения

Стартовый процесс P1 запускается в терминале целевой системы QNX, установленной на виртуальной машине. В процессе P1 создаётся канал. Далее, из процесса P1 при помощи функции spawnl() запускаются дочерние процессы P2 и P3 без блокировки выполнения родительского процесса P1. При запуске P2 и P3, в эти дочерние процессы передаётся chid процесса P1. Процесс P1 ожидает сообщения от процессов P21 и P31, P1 входит в состояние ожидания сообщения с помощью функции MsgReceive(), получив сообщение, процесс P1 сообщает ответ о получении при помощи функции MsgReply(). После получения сообщении от P21 и P31 процесс P1 терминируется.

Процесс P2 создаёт канал, затем создаёт дочерний процесс P21 и передает ему id созданного канала.

Процесс P21 создаёт канал, затем устанавливает соединение с каналом родительского процесса – процесса P2 – при помощи функции ConnectAttach() и отправляет сообщение с функцией MsgSend(). Процесс P21 блокируется до тех пор пока не получит ответ о получении от процесса P2. Процесс P2 получив сообщение при помощи функции MsgReceive() от P21 отправляет ответ с значениями pid и chid процесса P1 при помощи функции MsgReply(). После получения ответа процесс P21 разблокируются, процесс P2 выводит сообщение в консоль «P2 OK» и терминируется.

После, процесс P21 устанавливает соединение с каналом процесса P1 и отправляет сообщение «P21 loaded». После получения ответа от процесса P1, процесс P21 выводит сообщение «P21 OK» и терминируется.

Порядок выполнения процесса P3 аналогичен процессу P2 (процесс P3 создаёт свой дочерний процесс P31 и т.д.).

Процесс P1, получив сообщение от процессов P21 и P31, отправляет ответное сообщение. Затем выводит в терминал «P1 OK» и терминируется.

Процессу P1 соответствует модуль M1, процессам P2 и P3 – модуль M2, процессам P21 и P31 – модуль M3.

2. Запуск и синхронизация нитей

Задание

Цель работы: освоение функций запуска и синхронизации нитей при разработке многонитьевых приложений в ОСРВ QNX.

Разработать приложение, состоящее из одного процесса с тремя запущенными нитями: М(main), Т1(F1), Т2(F2).

В качестве нити М(main) выступает функция main(). Нити Т1(F1) и Т2(F2) запускаются нитью М(main) на базе соответственно функций F1() и F2(). Все три нити, работая параллельно, должны совместно динамически сформировать текст вида: "Text0, Text1, Text2.\n".

При разработке приложения необходимо обязательно применить следующие методы синхронизации: неименованные семафоры, условные переменные, присоединение. Все методы синхронизации нужно применить даже если их применение будет выглядеть несколько искусственным.

Порядок выполнения приложения

Вначале нить М(main) запускает первой нить Т1(F1), затем – Т2(F2), передавая им в качестве параметра указатель совместно формируемого текста.

Далее нить М(main), записывая в текст букву за буквой, формирует свою часть текста: "Text0, ".

После формирования нитями всего текста нить М(main) выдаёт его на печать и завершает свою работу.

Запущенная нить Т1(F1) должна тем же способом добавить в формируемый текст свою часть: "Text1, ".

После завершения записи соей части текста нитью Т1(F1), нить T2(F2) ожидает записи в буфер своей части текста "Text2.\n ", после чего завершает свою работу.

Порядок хода нити M и T1 согласован с помощью семафора. Порядок хода T1 и T2 согласован условной переменной: нить T2 не вводит символы в строку, пока T1 не введёт свои символы. Нить M ожидает, когда значение семафора достигнет единицы: после ввода символов T1 увеличивает значение семафора. Нить M присоединена к нити T2.

Для имитации времени записи в текст одной буквы использовался пустой цикл в 1000 итераций.

3. Работа с именованной памятью и службой реального времени

Задание и порядок выполнения приложения

Разработать приложение реального времени (ПРВ), осуществляющее мониторинг состояния абстрактного физического объекта Op, p – изменяющийся во времени параметр объекта. Мониторинг объекта Op осуществляется на относительном интервале времени t∈[0,Т]. За 0 принимается момент начала штатной работы ПРВ после её загрузки в вычислительную среду. В процессе мониторинга ПРВ формирует на вшенем носителе файл тренда параметра p. Непосредственно в момент времени Т программная система должна завершить свою работу.

Изменение параметра p во времени моделируется функцией p=F(t), где t∈[0,Т] – момент времени получения текущего значения параметра p, выраженный в секундах.

Объект Op в программной системе моделируется процессом Р1(М1). Программный модуль М1 реализует вычисление функции p=F(t) и размещение полученного текущего значения параметра p в именованную память, предварительно созданную при загрузке ПРВ. Именованная память создаётся процессом P2.

ПРВ, осуществляющее мониторинг, реализуется в программной системе в виде процесса Р2(М2), запускаемого на базе модуля М2 (сначала запускается P2, P2 же запускает P1):

Процесс Р1, начиная с t=0, периодически с заданной частотой обновляет текущее значение параметра p в именованной памяти.

Процесс Р2, начиная с момента времени t=0, периодически с заданным периодом Δt считывает из именованной памяти текущее значение параметра p и формирует датированное значение в виде пары – <p, t>. Результаты периодического считывания значений параметра p и соответствующей метки времени t используются процессом Р2 для занесения в текстовый файл (тренд параметра p) символьной строки, в которой символьное представление значения параметра p и соответствующего момента времени t разделяются знаком табуляции \t формата, а вся строка завершается управляющим символом \n: "

\t\n>"

Процессы Р1 и Р2 должны быть синхронизированы по моменту времени t=0. (процесс Р2 должен получить первое значение параметра p в момент t=0). Процесс P2 не начинает считывание значений, пока P1 не пошлёт сигнал о разрешении считывания: P1 ожидает сигнал SIGUSR1, при получении сигнала процесс вызывает процедуру, которая установит флаги на разрешение начала считывания значений из именованной памяти (если были посланы сообщения READY_TO_START_TIMER и READY_TO_START_READ) – пока флаги не подняты P2 не считывает значения из именованной памяти.

При наступлении момента t=Т работа программной системы должна немедленно завершиться (все процессы терминируются).

Результаты работы ПРВ представить в виде графика тренда параметра p(t), например, загрузив содержимое полученного файла с трендом в MS EXCEL.

На рисунке представлен график тренда параметра p. Значения графика были получены в результате выполнения, разработанного приложения. График построен при помощи программы Microsoft Office Excel 2019.

На оси Х расположены значения времени T. На оси Y расположены значения функции от пройденного времени F(T).

4. Задачи по API

135. Компоновка на этапе выполнения

Разработать программу, обеспечивающую загрузку динамической библиотеки в режиме исполнения. При запуске, программе передаётся имя динамической библиотеки, имя функции, которая должна быть вызвана, и её аргумент. Функция в библиотеке принимает на вход int и возвращает int. Результат, возвращаемый функцией должен быть выведен отдельной строкой (оканчиваться символом новой строки \n) в stdout.

Пример вызова ./solution libShared.so someSecretFunctionPrototype 8 16

В примере, должна быть загружена библиотека libShared.so, в которой вызвана функция someSecretFunctionPrototype с аргументом 8. Результат (16) выведен в stdout.

352. Поиск ppid c использованием procfs

Разработать программу solution, которая осуществляет поиск родительского PID текущего процесса в файловой системе proc и выводит найденное значение на консоль. Результат, возвращаемый функций должен быть выведен отдельной строкой(должен оканчиваться символом перевода строки \n) в stdio.

Пример вызова

./solution
13221

353. Поиск ppid c использованием procfs

Разработать программу solution, которая осуществляет поиск и подсчет числа процессов с именем genenv в системе Linux на которой выполняется программа.

Пример вызова

./solution
13

354. Поиск пути к init по заданному pid

Разработать программу solution, которая по заданному pid, осуществляет поиск пути в дереве процессов до процесса с идентификатором 1 (init). Для каждого найденного процесса печатается в отдельной строке его идентификатор.

Пример вызова

./solution 1766
1766
1299
465
1

461. Чтение консольного вывода

Некоторая утилита генерирует довольно большой вывод, а вам требуется всего-лишь посчитать количество символов '0' в этом выводе. Утилита при запуске принимает 1 параметр. Вам требуется разработать программу, которая вызывает указанную утилиту, с заданным параметром и подсчитывает количество символов '0' в ее выводе. Ваша программа принимает на вход 2 параметра -- имя утилиты, в текущем каталоге и ее параметр. Ваша программа должна после подсчета вывести найденное число '0' в отдельной строке, заканчивающейся символом конца строки.

Пример вызова
./solution someprog param
234222

463. Подсчёт сигналов

Разработать приложение, умеющее обрабатывать сигналы SIGUSR1, SIGUSR2, SIGTERM. После старта Ваше приложение должно по приходу одного из сигналов SIGUSR1, SIGUSR2 выполнять суммирование числа срабатываний каждого из сигналов, а после прихода сигнала SIGTERM, требуется вывести в стандартный поток вывода 2 числа, разделенных пробелом, соответствующих количеству обработанных сигналов SIGUSR1, SIGUSR2, и завершить программу. Вывод оканчивается символом конца строки.

Пример вызова
./solution 
79 38

464. "Правильный" демон

Снабдить демон обработчиком сигнала SIGURG, по приходу которого демон должен завершать свою работу.

Пример вызова
./solution
13336

465. Разделяемая память

В системе существуют 2 региона разделяемой памяти, заполненной некоторыми числами (типа int). Каждый из регионов имеет размер 1000 байт. Вам требуется разработать приложение, которое попарно суммирует первые 100 чисел в этих регионах и помещает суммы в новый (созданный вашим приложением) регион памяти размером 1000 байт. Таким образом, после завершения работы Вашего приложения в памяти должен существовать регион разделяемой памяти размером 1000 байт, содержащий в начале 100 сумм. Перед завершением работы приложение выводит в стандартный поток ввода-вывода ключ созданного региона, завершающийся символом конца строки. На вход ваше приложение принимает ключи существующих регионов памяти.

Пример вызова
./solution 456764 456768
512997```

### 571. Host Resolver

Разработайте утилиту командной строки, принимающую на вход имя хоста и печатающую в стандартный поток вывода список IP-адресов, ассоциированных с данным именем.

Пример вызова ./solution yandex.ru 213.180.204.3 93.158.134.3 213.180.193.3

### 572. UDP Log Service

Разработайте UDP сервер для логирования (сбора и записи) сообщений. Сервер при запуске принимает параметр -- номер порта, на котором будут приниматься запросы. Каждый запрос приходящий к серверу - строка, не превышающая размер 5K.  Задача сервера -- выводить приходящие строки в стандартный поток ввода-вывода, завершающиеся символом конца строки.

Сервер завершает работу, когда получает строку содержащую только текст 'OFF', и заканчивающуюся символом перевода строки '\n'. 

Сервер использует локальный адрес 127.0.0.1

Пример вызова

./solution 22476 foo bar foo bar baz

### 573. TCP String Sorter

Разработайте TCP сервер, предназначенный для сортировки символов в строке. Сервер получает на вход строки, оканчивающиеся символом '\0', сортирует в них символы в порядке убывания ASCII-кодов и отсылает обратно на клиент, в виде строки заканчивающейся '\0'. Завершение работы сервера происходит после получения строки, содержащей только 'OFF'. 

При старте сервер получает на вход номер порта в качестве параметра командной строки. bind производится на адресе 127.0.0.1

Пример вызова

./solution 13555