Н.В. Вдовикина, И.В. Машечкин, А.Н. Терехин, А.Н. Томилин - Операционные системы - взаимодействие процессов (2008) (1114653), страница 20
Текст из файла (страница 20)
19 Разделяемая памятьМеханизм разделяемой памяти позволяет несколькимпроцессам получить отображение некоторых страниц из своейвиртуальной памяти на общую область физической памяти.Благодаря этому, данные, находящиеся в этой области памяти, будутдоступны для чтения и модификации всем процессам,подключившимся к данной области памяти.Процесс, подключившийся к разделяемой памяти, может затемполучить указатель на некоторый адрес в своем виртуальномадресном пространстве, соответствующий данной областиразделяемой памяти.
После этого он может работать с этой областьюпамяти аналогично тому, как если бы она была выделенадинамически (например, путем обращения к malloc()), однако, какуже говорилось, сама по себе разделяемая область памяти неуничтожается автоматически даже после того, как процесс,создавший или использовавший ее, перестанет с ней работать.119Рассмотримнабор системных вызовов для работы сразделяемой памятью.5.3.1 Создание общей памяти#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>int shmget (key_t key, int size, int shmemflg);Аргументы этого вызова: key - ключ для доступа кразделяемой памяти; size задает размер области памяти, к которойпроцесс желает получить доступ. Если в результате вызоваshmget() будет создана новая область разделяемой памяти, то ееразмер будет соответствовать значению size.
Если же процессподключается к существующей области разделяемой памяти, тозначение size должно быть не более ее размера, иначе вызов вернет–1. Заметим, что если процесс при подключении к существующейобласти разделяемой памяти указал в аргументе size значение,меньшее ее фактического размера, то впоследствии он сможетполучить доступ только к первым size байтам этой области.Отметим, что в заголовочном файле <sys/shm.h> определеныконстанты SHMMIN и SHMMAX, задающий минимально возможный имаксимально возможный размер области разделяемой памяти. Еслипроцесс пытается создать область разделяемой памяти, размеркоторой не удовлетворяет этим границам, системный вызовshmget() окончится неудачей.Третий параметр определяет флаги, управляющие поведениемвызова.
Подробнее алгоритм создания/подключения разделяемогоресурса был описан выше.В случае успешного завершения вызов возвращаетположительное число – дескриптор области памяти, в случаенеудачи - -1.5.3.2 Доступ к разделяемой памяти#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>char *shmat(int shmid, char *shmaddr, int shmflg);При помощи этого вызова процесс подсоединяет областьразделяемой памяти, дескриптор которой указан в shmid, к своему120виртуальному адресному пространству.
После выполнения этойоперации процесс сможет читать и модифицировать данные,находящиеся в области разделяемой памяти, адресуя ее как любуюдругую область в своем собственном виртуальном адресномпространстве.В качестве второго аргумента процесс может указатьвиртуальный адрес в своем адресном пространстве, начиная скоторого необходимо подсоединить разделяемую память. Чащевсего, однако, в качестве значения этого аргумента передается 0, чтоозначает, что система сама может выбрать адрес начала разделяемойпамяти. Передача конкретного адреса в этом параметре имеет смыслв том случае, если, к примеру, в разделяемую память записываютсяуказатели на нее же (например, в ней хранится связанный список) –в этой ситуации для того, чтобы использование этих указателейимело смысл и было корректным для всех процессов, подключенныхк памяти, важно, чтобы во всех процессах адрес начала областиразделяемой памяти совпадал.Третий аргумент представляет собой комбинацию флагов.
Вкачестве значения этого аргумента может быть указан флагSHM_RDONLY, который указывает на то, что подсоединяемая областьбудет использоваться только для чтения.Эта функция возвращает адрес, начиная с которого будетотображаться присоединяемая разделяемая память. В случаенеудачи вызов возвращает -1.5.3.3 Открепление разделяемой памяти#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>int shmdt(char *shmaddr);Данный вызов позволяет отсоединить разделяемую память,ранее присоединенную посредством вызова shmat().Параметр shmaddr − адрес прикрепленной к процессу памяти,который был получен при вызове shmat().В случае успешного выполнения функция возвращает 0, вслучае неудачи -15.3.4 Управление разделяемой памятью#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>121#include <sys/shm.h>int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf)Данный вызов используется для получения или измененияпроцессом управляющих параметров, связанных с областьюразделяемой памяти, наложения и снятия блокировки на нее и ееуничтожения.
Аргументы вызова — дескриптор области памяти,команда, которую необходимо выполнить, и структура,описывающая управляющие параметры области памяти. Типshmid_ds описан в заголовочном файле <sys/shm.h>, ипредставляет собой структуру, в полях которой хранятся правадоступа к области памяти, ее размер, число процессов,подсоединенных к ней в данный момент, и статистика обращений кобласти памяти.Возможные значения аргумента cmd:–скопироватьструктуру,описывающуюуправляющие параметры области памяти по адресу, указанному впараметре buf;IPC_STATIPC_SET – заменить структуру, описывающую управляющиепараметры области памяти, на структуру, находящуюся по адресу,указанному в параметре buf.
Выполнить эту операцию можетпроцесс, у которого эффективный идентификатор пользователясовпадает с владельцем или создателем очереди, либо процесс справами привилегированного пользователя, при этом процесс можетизменить только владельца области памяти и права доступа к ней;IPC_RMID – удалить очередь. Как уже говорилось, удалитьочередь может только процесс, у которого эффективныйидентификатор пользователя совпадает с владельцем или создателемочереди, либо процесс с правами привилегированного пользователя;SHM_LOCK, SHM_UNLOCK – блокировать или разблокироватьобласть памяти.
Выполнить эту операцию может только процесс справами привилегированного пользователя.Пример 26. Общая схема работы с общей памятью врамках одного процесса.#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>int putm(char *);122int waitprocess(void);int main(int argc, char **argv){key_t key;int shmid;char *shmaddr;key = ftok(“/tmp/ter”,’S’);shmid = shmget(key, 100, 0666|IPC_CREAT);shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0); /* подключениек памяти */putm(shmaddr); /* работа с ресурсом */waitprocess();shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);ресурса *//*уничтожениеreturn 0;}В данном примере считается, что putm() и waitprocess() –некие пользовательские функции, определенные в другом месте5.4 СемафорыСемафоры представляют собой одну из форм IPC и, какправило, используются для синхронизации доступа несколькихпроцессов к разделяемым ресурсам, так как сами по себе другиесредства IPC не предоставляют механизма синхронизации.Как уже говорилось, классический семафор представляетсобой особый вид числовой переменной, над которой определеныдве неделимые операции: уменьшение ее значения с возможнымблокированием процесса и увеличение значения с возможнымразблокированием одного из ранее заблокированных процессов.Объект System V IPC представляет собой набор семафоров20.20причем каждый отдельный семафор в наборе является неким расширениемклассического понятия: если классический семафор предполагает лишь одну, ранее123Как правило, использование семафоров в качестве средствасинхронизации доступа к другим разделяемым объектампредполагает следующую схему:- с каждым разделяемым ресурсом связывается один семафориз набора;- положительное значение семафора означает возможностьдоступа к ресурсу (ресурс свободен), неположительное –отказ в доступе (ресурс занят);- перед тем как обратиться к ресурсу, процесс уменьшаетзначение соответствующего ему семафора, при этом, еслизначение семафора после уменьшения должно оказатьсяотрицательным, то процесс будет заблокирован до тех пор,пока семафор не примет такое значение, чтобы приуменьшении его значение оставалось неотрицательным;- закончив работу с ресурсом, процесс увеличивает значениесемафора (при этом разблокируется один из ранеезаблокированных процессов, ожидающих увеличениязначения семафора, если таковые имеются);- в случае реализации взаимного исключения используетсядвоичный семафор, т.е.
такой, что он может приниматьтолько значения 0 и 1: такой семафор всегда разрешаетдоступ к ресурсу не более чем одному процессуодновременно.Рассмотрим набор вызовов для оперирования с семафорами вUNIX System V.5.4.1 Доступ к семафорамДля получения доступа к массиву семафоров (или егосоздания) используется системный вызов:#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/sem.h>int semget (key_t key, int nsems, int semflag);Первый параметр функции semget() – ключ для доступа кразделяемому ресурсу, второй - количество семафоров врассмотренную нами, схему использования его в качестве средства синхронизацииконкурирующих процессов, то для семафора System V добавляется возможность блокированияна семафоре в ожидании его обнуления.
Ниже в Пример 27 мы проиллюстрируем использованиеобеих схем.124создаваемом наборе (длина массива семафоров) и третий параметр –флаги, управляющие поведением вызова. Подробнее процесссоздания разделяемого ресурса описан выше. Отметим семантикуправ доступа к такому типу разделяемых ресурсов, как семафоры:процесс, имеющий право доступа к массиву семафоров по чтению,может проверять значение семафоров; процесс, имеющий праводоступа по записи, может как проверять, так и изменять значениясемафоров.В случае, если среди флагов указан IPC_CREAT, аргументnsems должен представлять собой положительное число, если жеэтот флаг не указан, значение nsems игнорируется. Отметим, что взаголовочном файле <sys/sem.h> определена константа SEMMSL,задающая максимально возможное число семафоров в наборе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
