Андрей Робачевский - Операционная система UNIX

Можно предложить следующее решение данной проблемы:

/* Создаем семафор, если он уже существует semget

возвращает ошибку, поскольку указан флаг IPC_EXCL */

if ((semid = semget(key, nsems, perms | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0) {

if (errno = EEXIST) {

/* Действительно, ошибка вызвана существованием объекта */

if ((semid = semget(key, nsems, perms)) < 0)

return(-1); /* Возможно, не хватает системных ресурсов */

} else

return(-1); /* Возможно, не хватает системных ресурсов * /

}

/* Если семафор создан нами, проинициализируем его */

else

semop(semid, &sop_unlock[0], 1);

Интенсивный обмен данными между процессами с использованием рассмотренных механизмов межпроцессного взаимодействия (каналы, FIFO, очереди сообщений) может вызвать падение производительности системы. Это, в первую очередь, связано с тем, что данные, передаваемые с помощью этих объектов, копируются из буфера передающего процесса в буфер ядра и затем в буфер принимающего процесса. Механизм разделяемой памяти позволяет избавиться от накладных расходов передачи данных через ядро, предоставляя двум или более процессам возможность непосредственного получения доступа к одной области памяти для обмена данными.

Безусловно, процессы должны предварительно "договориться" о правилах использования разделяемой памяти. Например, пока один из процессов производит запись данных в разделяемую память, другие процессы должны воздержаться от работы с ней. К счастью, задача кооперативного использования разделяемой памяти, заключающаяся в синхронизации выполнения процессов, легко решается с помощью семафоров.

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:

Для создания или для доступа к уже существующей разделяемой памяти используется системный вызов shmget(2) :

#include

#include

#include

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

Функция возвращает дескриптор разделяемой памяти в случае успеха, и -1 в случае неудачи. Аргумент sizeопределяет размер создаваемой области памяти в байтах. Значения аргумента shmflagзадают права доступа к объекту и специальные флаги IPC_CREATи 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

#include

#include

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 shmaddrнулевой, то система самостоятельно выбирает адрес.

2. Если аргумент shmaddrотличен от нуля, значение возвращаемого адреса зависит от наличия флажка SHM_RNDв аргументе shmflag:

• Если флажок SHM_RNDне установлен, система присоединяет разделяемую память к указанному shmaddrадресу.

• Если флажок SHM_RNDустановлен, система присоединяет разделяемую память к адресу, полученному округлением в меньшую сторону shmaddrдо некоторой определенной величины SHMLBA.

По умолчанию разделяемая память присоединяется с правами на чтение и запись. Эти права можно изменить, указав флажок SHM_RDONLYв 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

#include

#include

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_lockтолько 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!".

#define MAXBUFF 80