Основы программирования в Linux - Нейл Мэтью

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 <sys/shm.h>

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.

shmget

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 shmget возвращает 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 size задает требуемый объем памяти в байтах.

Третий параметр shmflg содержит 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 OR быть объединен с правами доступа. Не считается ошибкой задание флага IPC_CREAT и 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, shmget вернет неотрицательное целое, идентификатор совместно используемой памяти. В случае аварийного завершения функция вернет -1.

shmat

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:

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

Первый параметр shm_id — идентификатор совместно используемой области памяти, возвращаемый функцией shmget.

Второй параметр shm_addr — адрес, по которому совместно используемая память присоединяется к текущему процессу. Почти всегда его следует задавать пустым указателем, что позволяет системе выбрать адрес для доступа к совместно используемой памяти.

Третий параметр shmflg — набор поразрядных флагов. Два возможных значения: SHM_RND, в сочетании с shm_addr управляющее адресом, по которому присоединяется к процессу совместно используемая память, и SHM_RDONLY, которое делает присоединенную память доступной только для чтения. Очень редко возникает необходимость управлять адресом присоединения совместно используемой памяти. Как правило, следует позволить системе выбрать для вас адрес, поскольку в противном случае приложение станет в значительной степени аппаратно-зависимым.

Если вызов shmat завершился успешно, он вернет указатель на первый байт совместно используемой памяти. В случае аварийного завершения возвращается -1.

Наличие доступа для чтения совместно используемой памяти и записи в нее зависит от владельца (создателя сегмента совместно используемой памяти), прав доступа и владельца текущего процесса. Права доступа к совместно используемой памяти подобны правам доступа к файлам.

Исключение из этого правила возникает, если выражение shmflg & SHM_RDONLY равно true. В этом случае в совместно используемую память нельзя писать, даже если права доступа предоставляют такую возможность.

shmdt

Функция shmdt отсоединяет совместно используемую память от текущего процесса. Она принимает указатель на адрес, возвращенный функцией shmat. В случае успеха функция вернет 0, в случае ошибки - -1. Имейте в виду, что отсоединение совместно используемой памяти не уничтожает ее, а только делает эту память недоступной для текущего процесса.

shmctl

Функции управления совместно используемой памятью (к счастью) гораздо проще аналогичных, но более сложных функций для семафоров:

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

У структуры типа shmid_ds есть, как минимум, следующие элементы:

struct shmid_ds {

 uid_t shm_perm.uid;

 uid_t shm_perm.gid;

 mode_t shm_perm.mode;

}

Первый параметр shm_id — идентификатор, возвращаемый функцией shmget.

Второй параметр command содержит предпринимаемое действие. Он может принимать три значения, перечисленные в табл. 14.2.

Таблица 14.2

Значение Описание IPC_STAT Задаёт данные в структуре shmid_ds, отображающие значения, связанные с совместно используемой памятью IPC_SET Устанавливает значения, связанные с совместно используемой памятью в соответствии с данными из структуры типа shmid_ds, если у процесса есть право на это действие IPC_RMID Удаляет сегмент совместно используемой памяти

Третий параметр buf — указатель на структуру, содержащую режимы и права доступа для совместно используемой памяти.

В случае успеха возвращает 0, в случае ошибки — -1. В стандарте X/Open не описано, что произойдет, если вы попытаетесь удалить присоединенный к процессу сегмент совместно используемой памяти. Обычно присоединенный, но удаленный сегмент совместно используемой памяти продолжает функционировать до тех пор, пока не будет отсоединен от последнего процесса. Но поскольку это поведение не задано в стандарте, на него лучше не рассчитывать.

Выполните упражнение 14.2.

Упражнение 14.2. Совместно используемая память

После знакомства с функциями совместно используемой памяти можно написать программу для их использования. В данном упражнении вы напишите пару программ: shm1.c и shm2.c. Первая (потребитель) создаст сегмент разделяемой памяти и затем отобразит любые данные, записанные в него. Вторая (поставщик) присоединит существующий сегмент совместно используемой памяти и позволит вам ввести данные в этот сегмент.

1. Сначала создайте общий заголовочный файл для описания совместно используемой памяти, которую вы хотите предоставить. Назовите его shm_com.h.

#define TEXT_SZ 2048

struct shared_use_st {

 int written_by_you;

 char some_text[TEXT_SZ];

};