Андрей Робачевский - Операционная система UNIX

• Название: Операционная система UNIX
• Автор: Андрей Робачевский
• Издательство: BHV - Санкт-Петербург
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 1997
• ISBN: 5-7791-0057-8

Книга посвящена семейству операционных систем UNIX и содержит информацию о принципах организации, идеологии и архитектуре, объединяющих различные версии этой операционной системы.

В книге рассматриваются: архитектура ядра UNIX (подсистемы ввода/вывода, управления памятью и процессами, а также файловая подсистема), программный интерфейс UNIX (системные вызовы и основные библиотечные функции), пользовательская среда (командный интерпретатор shell, основные команды и утилиты) и сетевая поддержка в UNIX (протоколов семейства TCP/IP, архитектура сетевой подсистемы, программные интерфейсы сокетов и TLI).

Для широкого круга пользователей

---

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.

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_lock только 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!".

shmem.h:

#define MAXBUFF 80

#define PERM 0666

/* Структура данных в разделяемой памяти */

typedef struct mem_msg {

 int segment;

 char buff[MAXBUFF];

} Message;

/* Ожидание начала выполнения клиента */

static struct sembuf proc_wait[1] = { 1, -1, 0 };

/* Уведомление сервера о том, что клиент начал работу */

static struct sembuf proc_start[1] = {

 1, 1, 0

};

/* Блокирование разделяемой памяти */

static struct sembuf mem_lock[2] = {

 0, 0, 0,

 0, 1, 0

};

/* Освобождение ресурса */

static struct sembuf mem_unlock[1] = {

 0, -1, 0

};

Сервер:

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/sem.h>

#include <sys/shm.h>

#include "shmem.h"

main() {

 Message* msgptr;

 key_t key;

 int shmid, semid;

 /* Получим ключ, Один и тот же ключ можно использовать как

    для семафора, так и для разделяемой памяти */

 if ((key = ftok("server", 'A')) < 0) {

  printf("Невозможно получить ключ\n");

  exit(1);

 }

 /* Создадим область разделяемой памяти */

 if ((shmid = shmget(key, sizeof(Message),

  PERM | IPC_CREAT)) < 0) {

  printf("Невозможно создать область\n");

  exit(1);

 }

 /* Присоединим ее */

 if ((msgptr = (Message*)shmat(shmid, 0, 0)) < 0) {

  printf("Ошибка присоединения\n");

  exit(1);

 }

 /* Создадим группу из двух семафоров:

    Первый семафор - для синхронизации работы

    с разделяемой памятью. Второй семафор -

    для синхронизации выполнения процессов */

 if ((semid = semget(key, 2, PERM | IPC_CREAT)) < 0) {

  printf("Невозможно создать семафор\n");

  exit(1);

 }

 /* Ждем, пока клиент начнет работу и заблокирует разделяемую память */

 if (semop(semid, &proc_wait[0], 1) < 0) {

  printf("Невозможно выполнить операции\n");

  exit(1);

 }

 /* Ждем, пока клиент закончит запись в разделяемую память

    и освободит ее. После этого заблокируем ее */

 if (semop(semid, &mem_lock[0], 2) < 0) {

  printf("Невозможно выполнить операцию\n");

  exit(1);

 }

 /* Выведем сообщение на терминал */

 printf(%s, msgptr->buff);

 /* Освободим разделяемую память */

 if (semop(semid, &mem_unlock[0], 1) < 0 {

  printf("Невозможно выполнить операцию\n");

  exit(1);

 }

 /* Отключимся от области */

 if (shmdt(msgptr) < 0) {

  printf("Ошибка отключения\n");

  exit(1);

 }

 /* Всю остальную работу по удалению объектов сделает клиент */

 exit(0);

}

Клиент:

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/sem.h>

#include <sys/shm.h>

#include "shmem.h"

main() {

 Message *msgptr;

 key_t key;