Разделяемая память IPC

Механизм разделяемой памяти позволяет нескольким процессам получить отображение некоторых страниц из своей виртуальной памяти на общую область физической памяти. Благодаря этому, данные, находящиеся в этой области памяти, будут доступны для чтения и модификации всем процессам, подключившимся к данной области памяти.

Процесс, подключившийся к разделяемой памяти, может затем получить указатель на некоторый адрес в своем виртуальном адресном пространстве, соответствующий данной области разделяемой памяти. После этого он может работать с этой областью памяти аналогично тому, как если бы она была выделена динамически (например, путем обращения к malloc()), однако, как уже говорилось, разделяемая область памяти не уничтожается автоматически даже после того, как процесс, создавший или использовавший ее, перестанет с ней работать.[R22]

Рассмотрим набор системных вызовов для работы с разделяемой памятью. Для создания/подключения к ресурсу разделяемой памяти IPC используется функция shmget().

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

int shmget (key_t key, int size, int shmflg);

Аргументы данной функции: key — ключ для доступа к разделяемой памяти; size задает размер области памяти, к которой процесс желает получить доступ. Если в результате вызова shmget() будет создана новая область разделяемой памяти, то ее размер будет соответствовать значению size. Если же процесс подключается к существующей области разделяемой памяти, то значение size должно быть не более ее размера, иначе вызов вернет -1. Заметим, что если процесс при подключении к существующей области разделяемой памяти указал в аргументе size значение, меньшее ее фактического размера, то впоследствии он сможет получить доступ только к первым size байтам этой области.[R23]

Третий параметр определяет флаги, управляющие поведением вызова. Подробнее алгоритм создания/подключения разделяемого ресурса был описан выше.

В случае успешного завершения вызов возвращает положительное число — дескриптор области памяти, в случае неудачи возвращается -1. Но наличие у процесса дескриптора разделяемой памяти не дает ему возможности работать с ресурсом, поскольку при работе с памятью процесс работает в терминах адресов. Поэтому необходима еще одна функция, которая присоединяет полученную разделяемую память к адресному пространству процесса, — это функция shmat().

#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 область разделяемой памяти, дескриптор которой указан в shmid, к своему виртуальному адресному пространству. После выполнения этой операции процесс сможет читать и модифицировать данные, находящиеся в области разделяемой памяти, адресуя ее как любую другую область в своем собственном виртуальном адресном пространстве.

В качестве второго аргумента процесс может указать виртуальный адрес в своем адресном пространстве, начиная с которого необходимо подсоединить разделяемую память. Чаще всего, однако, в качестве значения этого аргумента передается 0, что означает, что система сама может выбрать адрес начала разделяемой памяти. Передача конкретного адреса (положительного целого) в этом параметре имеет смысл лишь в определенных случаях, и это означает, что процесс желает связать начало области разделяемой памяти с конкретным адресом. В подобных случаях необходимо учитывать, что возможны коллизии с имеющимся адресным пространством.

Третий аргумент представляет собой комбинацию флагов. В качестве значения этого аргумента может быть указан флаг SHM_RDONLY, который указывает на то, что подсоединяемая область будет использоваться только для чтения. Реализация тех или иных флагов будет зависеть от аппаратной поддержки соответствующего свойства. Если аппаратура не поддерживает защиту памяти от записи, то при установке флага SHM_RDONLY ошибка, связанная с модификацией содержимого памяти, не сможет быть обнаружена (поскольку программным способом невозможно выявить, в какой момент происходит обращение на запись в данную область памяти).

Эта функция возвращает адрес (указатель), начиная с которого будет отображаться присоединяемая разделяемая память. И с этим указателем можно работать стандартными средствами языка C. В случае неудачи вызов возвращает -1.

Соответственно, для открепления разделяемой памяти от адресного пространства процесса используется функция shmdt().

#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 вернет значение 0, в случае неудачи возвращается -1.

И, напоследок, рассмотрим функцию shmctl() управления ресурсом разделяемая память.

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/shm.h>

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

Данный вызов используется для получения или изменения процессом управляющих параметров, связанных с областью разделяемой памяти, наложения и снятия блокировки на нее и ее уничтожения. Аргументы вызова — дескриптор области памяти, команда, которую необходимо выполнить, и структура, описывающая управляющие параметры области памяти.

Возможные значения аргумента cmd:

- IPC_STAT — скопировать структуру, описывающую управляющие параметры области памяти;

- IPC_SET — заменить структуру, описывающую управляющие параметры области памяти, на структуру, находящуюся по адресу, указанному в параметре buf;

- IPC_RMID — удалить ресурс;

- SHM_LOCK, SHM_UNLOCK — блокировать или разблокировать область памяти. Это единственные средства синхронизации в данном ресурсе, их реализация должна поддерживаться аппаратурой.

Пример. Работа с общей памятью в рамках одного процесса. В данном примере процесс создает ресурс разделяемая память, размером в 100 байт (и соответствующими флагами), присоединяет ее к своему адресному пространству, при этом указатель на начало данной области сохраняется в переменной shmaddr. Дальше процесс производит различные манипуляции, а перед своим завершением он удаляет данную область разделяемой памяти.

int main(int argc, char **argv)

{

key_t key;

char *shmaddr;

key = ftok(“/tmp/ter”, ’S’);

shmid = shmget(key, 100, 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL);

shmaddr = shmat(shmid, NULL, 0);

/* работаем с разделяемой памятью, как с обычной */

putm(shmaddr);

waitprocess();

shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

return 0;

}