Нейл Мэтью - Основы программирования в Linux

Как это работает

Программа начинается с получения обозначения семафора на основе ключа (произвольного), который вы выбрали, применив функцию semget. Флаг IPC_CREATприводит к созданию семафора, если он нужен.

Если у программы есть параметр, она отвечает за инициализацию семафора, которая выполняется функцией set_semvalue, упрощенным вариантом функции общего назначения semctl. Она также использует наличие параметра для определения символа вывода. Функция sleepпросто предоставляет некоторое время для запуска других экземпляров программы до того, как данная программа выполнит слишком много проходов своего цикла. Для включения в программу нескольких псевдослучайных промежутков времени вы используете функции srandи rand.

Далее программа выполняет 10 раз операторы тела цикла с псевдослучайными периодами ожидания в своей критической и некритической секциях. Критическая секция охраняется вызовами ваших функций semaphore_pи semaphore_v, упрощенных интерфейсов функции более общего вида semop.

Перед удалением семафора программа, запущенная с параметром, ждет, пока завершится выполнение других экземпляров программы. Если семафор не удален, он будет продолжать существовать в системе, даже если нет программ, его использующих. В реальных программах очень важно убедиться в том, что вы случайно не оставили семафор после завершения выполнения. Он может вызвать проблемы при следующем запуске программы, кроме того, семафоры — разновидность ограниченных ресурсов, которые вы должны беречь.

Совместно используемая или разделяемая память — вторая разновидность средств IPC. Она позволяет двум несвязанным процессам обращаться к одной и той же логической памяти. Хотя стандарт X/Open не требует этого, надо полагать, что большинство реализаций разделяемой памяти размещают память, совместно используемую разными процессами, так, что она ссылается на одну и ту же физическую память.

Совместно используемая память — это специальный диапазон адресов, создаваемых средствами IPC для одного процесса и включаемых в адресное пространство этого процесса. Другой процесс может затем "присоединить" тот же самый сегмент совместно используемой памяти к своему адресному пространству. Все процессы могут получать доступ к участкам памяти так, как будто эта память была выделена функцией malloc. Если один процесс записывает в совместно используемую память, изменения немедленно становятся видимыми любому другому процессу, имеющему доступ к этой совместно используемой памяти.

Совместно используемая память обеспечивает эффективный способ разделения и передачи данных между разными процессами. Сама по себе совместная используемая память не предоставляет никаких средств синхронизации, поэтому вы, как правило, вынуждены применять некоторые другие механизмы для синхронизации доступа к совместно используемой памяти. Обычно совместно используемая память применяется для обеспечения эффективного доступа к обширным областям памяти, а для синхронизации доступа к ней передаются небольшие сообщения.

Не существует автоматических средств для того, чтобы помешать второму процессу начать считывание совместно используемой памяти до того, как первый процесс закончит запись в нее. За синхронизацию доступа отвечает программист. На рис. 14.2 показан принцип работы совместно используемой памяти.

Рис. 14.2

Стрелки показывают отображение логического адресного пространства каждого процесса на доступную физическую память. На практике ситуация сложнее, потому что доступная память на самом деле представляет собой смесь физической памяти и страниц памяти, которые были выгружены на диск.

Функции для работы с совместно используемой памятью напоминают функции семафоров:

#include

void *shmat(int shm_id, const void *shm_addr, int shmflg);

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

int shmdt(const void *shm_addr);

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

Как и в случае семафоров, заголовочные файлы sys/types.h и sys/ipc.h автоматически включаются в программу файлом shm.h.

Создается совместно используемая память с помощью функции shmget:

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

Как и для семафоров, программа предоставляет key, фактически именующий сегмент совместно используемой памяти, а функция shmgetвозвращает идентификатор совместно используемой памяти, который применяется всеми последующими функциями для работы с этой областью памяти. Есть особое значение ключа IPC_PRIVATE, создающее для процесса частную, скрытую от других совместно используемую память. Обычно вы не будете пользоваться этим значением, да и кроме всего прочего в некоторых системах Linux можете обнаружить, что такая частная разделяемая память на самом деле далеко не частная.

Второй параметр sizeзадает требуемый объем памяти в байтах.

Третий параметр shmflgсодержит девять флагов прав доступа, которые используются так же, как флаги режима создающихся файлов. Для создания нового сегмента совместно используемой памяти специальный бит, описываемый IPC_CREAT, должен с помощью поразрядной операции ORбыть объединен с правами доступа. Не считается ошибкой задание флага IPC_CREATи передача ключа существующего сегмента совместно используемой памяти. Флаг IPC_CREAT, если в нем нет нужды, беззвучно игнорируется.

Флаги прав доступа к совместно используемой памяти очень полезны, поскольку позволяют процессу создать совместно используемую память, в которую могут писать процессы, принадлежащие создателю этой разделяемой памяти, а процессы, созданные другими пользователями, могут только читать этот сегмент памяти. Вы можете использовать этот механизм для обеспечения эффективного доступа к данным только для чтения, поместив их в совместно используемую память без какого- либо риска их повреждения другими пользователями.

Если совместно используемая память создана успешно, shmgetвернет неотрицательное целое, идентификатор совместно используемой памяти. В случае аварийного завершения функция вернет -1.

Когда вы впервые создаете сегмент совместно используемой памяти, он недоступен ни одному процессу. Для того чтобы обеспечить доступ к совместно используемой памяти, нужно присоединить ее к адресному пространству процесса. Делается это с помощью функции shmat: