Операционная система UNIX - Андрей Робачевский
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Примерный сценарий работы с разделяемой памятью выглядит следующим образом:
1. Сервер получает доступ к разделяемой памяти, используя семафор.
2. Сервер производит запись данных в разделяемую память.
3. После завершения записи сервер освобождает разделяемую память с помощью семафора.
4. Клиент получает доступ к разделяемой памяти, запирая ресурс с помощью семафора.
5. Клиент производит чтение данных из разделяемой памяти и освобождает ее, используя семафор.
Для каждой области разделяемой памяти, ядро поддерживает структуру данных shmid_ds, основными полями которой являются:
struct ipc_perm shm_perm Права доступа, владельца и создателя области (см. описание ipc_perm выше) int shm_segsz Размер выделяемой памяти ushort shm_nattch Число процессов, использующих разделяемую память time_t shm_atime Время последнего присоединения к разделяемой памяти time_t shm_dtime Время последнего отключения от разделяемой памяти time_t shm_ctime Время последнего измененияДля создания или для доступа к уже существующей разделяемой памяти используется системный вызов shmget(2):
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key, int size, int shmflag);
Функция возвращает дескриптор разделяемой памяти в случае успеха, и -1 в случае неудачи. Аргумент size определяет размер создаваемой области памяти в байтах. Значения аргумента shmflag задают права доступа к объекту и специальные флаги IPC_CREAT и IPC_EXCL. Заметим, что вызов shmget(2) лишь создает или обеспечивает доступ к разделяемой памяти, но не позволяет работать с ней. Для работы с разделяемой памятью (чтение и запись) необходимо сначала присоединить (attach) область вызовом shmat(2):
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
char *shmat(int shmid, char *shmaddr, int shmflag);
Вызов shmat(2) возвращает адрес начала области в адресном пространстве процесса размером size, заданным предшествующем вызовом shmget(2). В этом адресном пространстве взаимодействующие процессы могут размещать требуемые структуры данных для обмена информацией. Правила получения этого адреса следующие:
1. Если аргумент shmaddr нулевой, то система самостоятельно выбирает адрес.
2. Если аргумент shmaddr отличен от нуля, значение возвращаемого адреса зависит от наличия флажка SHM_RND в аргументе shmflag:
• Если флажок SHM_RND не установлен, система присоединяет разделяемую память к указанному shmaddr адресу.
• Если флажок SHM_RND установлен, система присоединяет разделяемую память к адресу, полученному округлением в меньшую сторону shmaddr до некоторой определенной величины SHMLBA.
По умолчанию разделяемая память присоединяется с правами на чтение и запись. Эти права можно изменить, указав флажок SHM_RDONLY в аргументе shmflag.
Таким образом, несколько процессов могут отображать область разделяемой памяти в различные участки собственного виртуального адресного пространства, как это показано на рис. 3.20.
Рис. 3.20. Совместное использование разделяемой памяти
Окончив работу с разделяемой памятью, процесс отключает (detach) область вызовом shmdt(2):
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmdt(char *shmaddr);
При работе с разделяемой памятью необходимо синхронизировать выполнение взаимодействующих процессов: когда один из процессов записывает данные в разделяемую память, остальные процессы ожидают завершения операции. Обычно синхронизация обеспечивается с помощью семафоров, назначение и число которых определяется конкретным использованием разделяемой памяти.
Можно привести примерную схему обмена данными между двумя процессами (клиентом и сервером) с использованием разделяемой памяти. Для синхронизации процессов использована группа из двух семафоров. Первый семафор служит для блокирования доступа к разделяемой памяти, его разрешающий сигнал — 0, а 1 является запрещающим сигналом. Второй семафор служит для сигнализации серверу о том, что клиент начал работу. Необходимость применения второго семафора обусловлена следующими обстоятельствами: начальное состояние семафора, синхронизирующего работу с памятью, является открытым (0), и вызов сервером операции заблокирует обращение к памяти для клиента. Таким образом, сервер должен вызвать операцию mem_lock только после того, как разделяемую память заблокирует клиент. Назначение второго семафора заключается в уведомлении сервера, что клиент начал работу, заблокировал разделяемую память и начал записывать данные в эту область. Теперь, при вызове сервером операции mem_lock его выполнение будет приостановлено до освобождения памяти клиентом, который делает это после окончания записи строки "Здравствуй, Мир!".
shmem.h:#define MAXBUFF 80
#define PERM 0666
/* Структура данных в разделяемой памяти */
typedef struct mem_msg {
int segment;
char buff[MAXBUFF];
} Message;
/* Ожидание начала выполнения клиента */
static struct sembuf proc_wait[1] = { 1, -1, 0 };
/* Уведомление сервера о том, что клиент начал работу */
static struct sembuf proc_start[1] = {
1, 1, 0
};
/* Блокирование разделяемой памяти */
static struct sembuf mem_lock[2] = {
0, 0, 0,
0, 1, 0
};
/* Освобождение ресурса */
static struct sembuf mem_unlock[1] = {
0, -1, 0
};
Сервер:#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include "shmem.h"
main() {
Message* msgptr;
key_t key;
int shmid, semid;
/* Получим ключ, Один и тот же ключ можно использовать как
для семафора, так и для разделяемой памяти */
if ((key = ftok("server", 'A')) < 0) {
printf("Невозможно получить ключn");
exit(1);
}
/* Создадим область разделяемой памяти */
if ((shmid = shmget(key, sizeof(Message),
PERM | IPC_CREAT)) < 0) {
printf("Невозможно создать областьn");
exit(1);
}
/* Присоединим ее */
if ((msgptr = (Message*)shmat(shmid, 0, 0)) < 0) {
printf("Ошибка присоединенияn");
exit(1);
}
/* Создадим группу из двух семафоров:
Первый семафор - для синхронизации работы
с разделяемой памятью. Второй семафор -
для синхронизации выполнения процессов */
if ((semid = semget(key, 2, PERM | IPC_CREAT)) < 0) {
printf("Невозможно создать семафорn");
exit(1);
}
/* Ждем, пока клиент начнет работу и заблокирует разделяемую память */
if (semop(semid, &proc_wait[0], 1) < 0) {
printf("Невозможно выполнить операцииn");
exit(1);
}
/* Ждем, пока клиент закончит запись в разделяемую память
и освободит ее. После этого заблокируем ее */
if (semop(semid, &mem_lock[0], 2) < 0) {
printf("Невозможно выполнить операциюn");
exit(1);
}
/* Выведем сообщение на терминал */
printf(%s, msgptr->buff);
/* Освободим разделяемую память */
if (semop(semid, &mem_unlock[0], 1) < 0 {
printf("Невозможно выполнить операциюn");
exit(1);
}
/* Отключимся от области */
if (shmdt(msgptr) < 0) {
printf("Ошибка отключенияn");
exit(1);
}
/* Всю остальную работу по удалению объектов сделает клиент */
exit(0);
}
Клиент:#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include "shmem.h"
main() {
Message *msgptr;
key_t key;
