Клиенты и серверы: файловые системы
Между производителем и потребителем существует однонаправленный поток информации. Этот вид межпроцессного взаимодействия часто встречается в параллельных программах и не имеет аналогов в последовательных, поскольку в последовательной программе только один поток управления, тогда как производители и потребители — независимые процессы с собственными потоками управления и собственными скоростями выполнения.
Еще одной типичной схемой в параллельных программах является взаимосвязь типа клиент-сервер. Процесс-/ошеи/п запрашивает сервис, затем ожидает обработки запроса. Процесс-сервер многократно ожидает запрос, обрабатывает его, затем посылает ответ. Как показано на рис. 1.6, существует двунаправленный поток информации: от клиента к серверу и обратно. Отношения между клиентом и сервером в параллельном программировании аналогичны отношениям между программой, вызывающей подпрограмму, и самой подпрограммой в последовательном программировании. Более того, как подпрограмма может быть вызвана из нескольких мест программы, так и у сервера обычно есть много клиентов. Запросы каждого клиента должны обрабатываться независимо, однако параллельно может обрабатываться несколько запросов, подобно тому, как одновременно могут быть активны несколько вызовов одной и той же процедуры.
34 Глава 1. Обзор области параллельных вычислений
'Взаимодействие типа клиент-сервер встречается в операционных системах, объектно-ориентированных системах, сетях, базах данных и многих других программах. Типичный пример — чтение и запись файла. Для определенности предположим, что есть модуль файлового сервера, обеспечивающий две операции с файлом: read (читать) и write (писать). Когда процесс-клиент хочет получить доступ к файлу, он вызывает операцию чтения или записи в соответствующем модуле файлового сервера.
На однопроцессорной машине или в другой системе с разделяемой памятью файловый сервер обычно реализуется набором подпрограмм (для операций read, write и т.д.) и структурами данных, представляющими файлы (например, дескрипторами файлов).
Следовательно, взаимодействие между процессом-клиентом и файлом обычно реализуется вызовом соответствующей процедуры. Однако, если файл разделяемый, важно, чтобы запись в него велась одновременно только одним процессом, а читаться он может одновременно несколькими. Эта разновидность задачи — пример так называемой задачи о "читателях и писателях", классической задачи параллельного программирования, которая ставится и решается в главе 4, а также упоминается в последующих главах.
В распределенной системе клиенты и серверы обычно расположены на различных машинах. Например, рассмотрим запрос по World Wide Web, который возникает, когда пользователь открывает новый адрес URL в окне программы-броузера. Web-броузер является клиентским процессом, выполняемым на машине пользователя. Адрес URL косвенно указывает на другую машину, на которой расположена Web-страница. Сама Web-страница доступна для процесса-сервера, выполняемого на другой машине. Этот процесс-сервер может уже существовать или может быть создан; в любом случае он читает Web-страницу, определяемую адресом URL, и возвращает ее на машину клиента. В действительности при преобразовании адреса URL могут использоваться или создаваться дополнительные процессы на промежуточных машинах по пути следования.
Клиенты и серверы программируются одним из двух способов в зависимости от того, выполняются они на одной или на разных машинах. В обоих случаях клиенты являются процессами. На машине с разделяемой памятью сервер обычно реализуется набором подпрограмм. Для защиты критических секций и определения очередности выполнения эти подпрограммы обычно реализуются с использованием взаимных исключений и условной синхронизации. На сетевых машинах или машинах с распределенной памятью сервер реализуется одним или несколь-чкими процессами, которые обычно выполняются не на клиентских машинах. В обоих случаях сервер часто представляет собой многопоточную программу с одним потоком для каждого клиента.
В частях 1 и 2 представлены многочисленные приложения типа клиент-сервер, включая файловые системы, базы данных, программы резервирования памяти, управления диском, а также две классические задачи — об "обедающих философах" и о "спящем парикмахере". В части 1 показано, как реализовать серверы в виде подпрограмм, используя для синхронизации семафоры или мониторы. В части 2 — как реализовать серверы в виде процессов, взаимодействующих с клиентами с помощью пересылки сообщений, удаленных вызовов процедур или рандеву.
