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);
Разделяемая память
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:
struct ipc_perm shm_perm
| Права доступа, владельца и создателя области (см. описание ipc_perm
выше) |
int shm_segsz
| Размер выделяемой памяти |
ushort shm_nattch
| Число процессов, использующих разделяемую память |
time_t shm_atime
| Время последнего присоединения к разделяемой памяти |
time_t shm_dtime
| Время последнего отключения от разделяемой памяти |
time_t shm_ctime
| Время последнего изменения |
Для создания или для доступа к уже существующей разделяемой памяти используется системный вызов shmget(2):
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key, int size, int shmflag);
Функция возвращает дескриптор разделяемой памяти в случае успеха, и -1 в случае неудачи. Аргумент
size
определяет размер создаваемой области памяти в байтах. Значения аргумента
shmflag
задают права доступа к объекту и специальные флаги
IPC_CREAT
и
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 <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
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
shmaddr
нулевой, то система самостоятельно выбирает адрес.
2. Если аргумент
shmaddr
отличен от нуля, значение возвращаемого адреса зависит от наличия флажка
SHM_RND
в аргументе
shmflag
:
• Если флажок
SHM_RND
не установлен, система присоединяет разделяемую память к указанному
shmaddr
адресу.
• Если флажок
SHM_RND
установлен, система присоединяет разделяемую память к адресу, полученному округлением в меньшую сторону
shmaddr
до некоторой определенной величины
SHMLBA
.
По умолчанию разделяемая память присоединяется с правами на чтение и запись. Эти права можно изменить, указав флажок
SHM_RDONLY
в 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 <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
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.
