Марк Митчелл - Программирование для Linux. Профессиональный подход

#include

#include

int main() {

int segment_id;

char* shared_memory;

struct shmid_ds shmbuffer;

int segment_size;

const int shared_segment_size = 0x6400;

/* Выделение совместно используемого сегмента. */

segment_id =

shmget(IPC_PRIVATE, shared_segment_size,

IPC_CREAT | IPC_EXCL | S_IRUSR | S_IWUSR);

/* Подключение сегмента. */

shared_memory = (char*)shmat(segment_id, 0, 0);

printf("shared memory attached at address %p\n",

shared_memory);

/* Определение размера сегмента. */

shmctl(segment_id, IPC_STAT, &shmbuffer);

segment_size = shmbuffer.shm_segsz;

printf("segment size: %d\n", segment_size);

/* Запись строки в сегмент. */

sprintf(shared_memory, "Hello, world.");

/* Отключение сегмента. */

shmdt(shared_memory);

/* Повторное подключение сегмента, но по другому адресу! */

shared_memory =

(char*)shmat(segment_id, (void*) 0x5000000, 0);

printf("shared memory reattached at address %p\n",

shared_memory);

/* Отображение строки, хранящейся в совместно используемой

памяти. */

printf("%s\n", shared_memory);

/* Отключение сегмента. */

shmdt(shared_memory);

/* Освобождение сегмента. */

shmctl(segment_id, IPC_RMID, 0);

return 0;

}

Команда ipcsвыдает информацию о взаимодействии процессов, включая сведения о совместно используемых сегментах (для этого следует задать флаг -m). Например, в показанном ниже случае сообщается о том, что используется один такой сегмент, с номером 1627649:

% ipcs -m

-------- Shared Memory Segments --------

key shmid owner perms bytes nattch status

0x00000000 1627649 user 640 25600 0

Если этот сегмент был по ошибке "забыт" какой-то программой, его можно удалить с помощью команды ipcrm:

% ipcrm shm 1627649

Благодаря совместному использованию памяти можно организовать быстрое двустороннее взаимодействие произвольного числа процессов. Любой пользователь сможет получать доступ к сегментам памяти для чтения/записи, но для этого программа должна следовать определенным правилам, позволяющим избегать конкуренции (чтобы, например, информация не оказалась перезаписанной до того, как будет прочитана). К сожалению, Linux не гарантирует монопольный доступ к сегменту, даже если он был создан с указанием флага IPC_PRIVATE.

Кроме того, чтобы несколько процессов могли совместно работать с общим сегментом, они должны "договориться" о выборе одинакового ключа.

Как говорилось в предыдущем разделе, процессы должны координировать свои усилия при совместном доступе к памяти. Вспомните: в разделе 4.4.5, "Обычные потоковые семафоры", рассказывалось о семафорах, которые являются счетчиками, позволяющими синхронизировать работу потоков. В Linux имеется альтернативная реализация семафоров (иногда называемых семафорами System V), предназначенных для синхронизации процессов. Такие семафоры выделяются, используются и освобождаются подобно совместно используемым сегментам памяти. Для большинства случаев достаточно одного семафора, тем не менее они работают группами. В этом разделе мы опишем системные вызовы, позволяющие реализовать двоичный семафор.

Функции semget()и semctl()выделяют и освобождают семафоры, функционируя подобно функциям shmget()и shmctl(). Первым аргументом функции semget()является ключ, идентифицирующий группу семафоров; второй аргумент — это число семафоров в группе; третий аргумент — флаги прав доступа, как в функции shmget(). Функция semget()возвращает идентификатор группы семафоров. Если задан ключ, принадлежащий существующей группе, будет возвращен ее идентификатор. В этом случае второй аргумент (число семафоров) может равняться нулю.

Семафоры продолжают существовать даже после того, как все работавшие с ними процессы завершились. Чтобы система не исчерпала лимит семафоров, последний процесс должен явно удалить группу семафоров. Для этого нужно вызвать функцию semctl(), передав ей идентификатор группы, число семафоров в группе, флаг IPC_RMIDи произвольное значение типа union semun(оно игнорируется). Значение EUID (эффективный идентификатор пользователя) процесса, вызвавшего функцию, должно совпадать с аналогичным значением процесса, создавшего группу семафоров (либо вызывающий процесс должен быть запущен пользователем root). В отличие от совместно используемых сегментов памяти, удаляемая группа семафоров немедленно освобождается.

В листинге 5.2 представлены функции, выделяющие и освобождающие двоичный семафор.

#include

#include

#include

/* Тип union semun необходимо определить самостоятельно. */

union semun {

int val;

struct semid_ds *buf;

unsigned short int* array;

struct seminfo *__buf;

};

/* Получаем идентификатор семафора и создаем семафор,

если идентификатор оказывается уникальным. */

int binary_semaphore_allocation(key_t key, int sem_flags) {

return semget(key, 1, sem_flags);

}

/* Освобождаем семафор, подразумевая, что пользователи

больше не работают с ним. В случае ошибки

возвращается -1. */

int binary_semaphore_deallocate(int semid) {

union semun ignored_argument;

return semctl(semid, 1, IPC_RMID, ignored_argument}

}

Выделение и инициализация семафора — две разные операции. Чтобы проинициализировать семафор, вызовите функцию semctl(), задав второй аргумент равным нулю, а третий аргумент — равным константе SETALL. Четвертый аргумент должен иметь тип union semun, поле arrayкоторого указывает на массив значений типа unsigned short. Каждое значение инициализирует один семафор из набора.

В листинге 5.3 представлена функция, инициализирующая двоичный семафор.

#include

#include

#include

/* Тип union semun необходимо определить самостоятельно. "/

union semun {

int val;

struct semid_ds* buf;

unsigned short int *array;

struct seminfo *__buf;

};

/* Инициализация двоичного семафора значением 1. */

int binary_semaphore_initialize(int semid) {

union semun argument;

unsigned short values(1);

values[0] = 1;

argument.array = values;

return semctl(semid, 0, SETALL, argument);

}

Каждый семафор имеет неотрицательное значение и поддерживает операции ожидания и установки. Системный вызов semop()реализует обе операции. Первым аргументом функции является идентификатор группы семафоров. Второй аргумент — это массив значений типа struct sembuf, задающих выполняемые операции. Третий аргумент — это длина массива.