🗊Презентация Разделяемая память (shared memory)

Архитектура ЭВМ. Операционные системы Власов Евгений

Разделяемая память (shared memory) применяют для того, чтобы увеличить скорость прохождения данных между процессами. В обычной ситуации обмен информацией между процессами проходит через ЯДРО. Техника разделяемой памяти позволяет осуществить обмен информацией не через ядро, а используя некоторую часть виртуального адресного пространства, куда помещаются и откуда считываются данные.

После создания разделяемого сегмента памяти любой из пользовательских процессов может подсоединить его к своему собственному виртуальному пространству и работать с ним, как с обычным сегментом памяти. Недостатком такого обмена информацией является отсутствие каких бы то ни было средств синхронизации, однако для преодоления этого недостатка можно (но необязательно) применять средства сихронизации обмена данными. После создания разделяемого сегмента памяти любой из пользовательских процессов может подсоединить его к своему собственному виртуальному пространству и работать с ним, как с обычным сегментом памяти. Недостатком такого обмена информацией является отсутствие каких бы то ни было средств синхронизации, однако для преодоления этого недостатка можно (но необязательно) применять средства сихронизации обмена данными.

Системные вызовы работы с разделяемой памятью shmget — создание сегмента разделяемой памяти; shmctl — установка параметров; shmat — подсоединение сегмента памяти; shmdt — отсоединение сегмента

Получение IPC идентификатора #include <sys/ipc.h> key_t ftok(const char *path, int id); использует файл с именем pathname (которое должно указывать на существующий файл к которому есть доступ) и младшие 8 бит id (который должен быть отличен от нуля) для создания ключа с типом key_t. Возвращаемое значение одинаково для всех имен, указывающих на один и тот же файл при одинаковом значении id. Возвращаемое значение должно отличаться, когда (одновременно существующие) файлы или идентификаторы проекта различаются.  

Создание разделяемой памяти #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg); возвращает идентификатор разделяемого сегмента памяти, соответствующий значению аргумента key. Создается новый разделяемый сегмент памяти с размером size округленным до размера, кратного PAGE_SIZE), если значение key равно IPC_PRIVATE или если значение key не равно IPC_PRIVATE и нет идентификатора, соответствующего key и выражение shmflg&IPC_CREAT истинно.

Значение shmflg играет роль только при создании нового сегмента разделяемой памяти и определяет права различных пользователей при доступе к сегменту, а также необходимость создания нового сегмента и поведение системного вызова при попытке создания IPC_CREAT служит для создания нового сегмента. Если этого флага нет, то функция shmget() будет искать сегмент, соответствующий ключу key и затем проверит, имеет ли пользователь права на доступ к сегменту. IPC_EXCL используется совместно с IPC_CREAT для того, чтобы не создавать существующий сегмент заново.

Если создается новый сегмент, то права доступа копируются из shmflg в shm_perm, являющийся членом структуры shmid_ds, которая определяет сегмент. Если создается новый сегмент, то права доступа копируются из shmflg в shm_perm, являющийся членом структуры shmid_ds, которая определяет сегмент. struct shmid_ds { struct ipc_perm shm_perm; /* права операции */ int shm_segsz; /* размер сегмента (в байтах) */ time_t shm_atime; /* время последнего подключения */ time_t shm_dtime; /* время последнего отключения */ time_t shm_ctime; /* время последнего изменения */ unsigned short shm_cpid; /* идентификатор процесса создателя */ unsigned short shm_lpid; /* идентификатор последнего пользователя */ short shm_nattch; /* количество подключений */ };

struct ipc_perm { struct ipc_perm { key_t key; ushort uid; /* действующие идентификаторы владель-ца и группы euid и egid */ ushort gid; ushort cuid; /* действующие идентификаторы создате-ля euid и egid */ ushort cgid; ushort mode; /* младшие 9 битов shmflg */ ushort seq; /* номер последовательности */ };

Ошибки при создании разделяемой памяти

Присоединение к разделяемой памяти #include <sys/types.h> #include <sys/shm.h> void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg); Функция shmat подстыковывает сегмент разделяемой памяти shmid к адресному пространству вызывающего процесса. При завершении работы процесса сегмент будет отстыкован. Один и тот же сегмент может быть подстыкован в адресное пространство процесса несколько раз, как "только для чтения", так и в режиме "чтение-запись". Адрес подстыковываемого сегмента определяется shmaddr с помощью одного из критериев:

Если shmaddr равен NULL, то система выбирает для подстыкованного сегмента подходящий (неиспользованный) адрес Если shmaddr равен NULL, то система выбирает для подстыкованного сегмента подходящий (неиспользованный) адрес Если shmaddr не равен NULL, а в поле shmflg включен флаг SHM_RND, то подстыковка производится по адресу shmaddr, округленному вниз до ближайшего кратного SHMLBA. В противном случае shmaddr должен быть округленным до размера страницы адресом, к которому производится подстыковка. Если в поле shmflg включен флаг SHM_RDONLY, то подстыковываемый сегмент будет доступен только для чтения, и вызывающий процесс должен иметь права на чтение этого сегмента. Иначе, сегмент будет доступен для чтения и записи, и у процесса должны быть соответствующие права. Сегментов "только-запись" не существует. Флаг SHM_REMAP (специфичный для Linux) может быть указан в shmflg для обозначения того, что распределение сегмента должно замещать любые существующие распределения в диапазоне, начиная с shmaddr и до размера сегмена. (Обычно выдается ошибка EINVAL если уже существует распределение в этом диапазоне адресов.) В этом случае shmaddr не должно быть равно NULL.

Отсоединение от процесса разделяемого участка памяти #include <sys/types.h> #include <sys/shm.h> int shmdt(const void *shmaddr); отстыковывает сегмент разделяемой памяти, находящийся по адресу shmaddr, от адресного пространства вызвающего процесса. Отстыковываемый сегмент должен быть среди пристыкованных ранее функцией shmat. Параметр shmaddr должен быть равен значению, которое возвратила соответствующая функция shmat.

Управление разделяемым участком памяти #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf); получать информацию о разделяемых сегментах памяти, устанавливать владельца, группу разделяемого сегмента, права на него; эта функция может также удалить сегмент. Информация о сегменте, которая находится в shmid, возвращается в структуру shmid_ds.

Пользователь должен удостовериться, что сегмент удален; иначе страницы, которые не были удалены, останутся в памяти или в разделе подкачки. Пользователь должен удостовериться, что сегмент удален; иначе страницы, которые не были удалены, останутся в памяти или в разделе подкачки.