При совместном использовании сегмента памяти один процесс должен сначала выделить память. Затем все остальные процессы, которые хотят получить доступ к ней, должны подключить сегмент. По окончании работы с сегментом каждый процесс отключает его. Последний процесс освобождает память.
Для того чтобы понять принципы выделения и подключения сегментов памяти, необходимо разобраться в модели памяти Linux. В Linux виртуальная память (ВП) каждого процесса разбита на страницы. Все процессы хранят таблицу соответствий между своими адресами памяти и страницами ВП, содержащими реальные данные. Несмотря на то что за каждым процессом закреплены
свои адреса, разным процессам разрешается ссылаться на одни и те же страницы. Это и есть совместное использование памяти.
При выделении совместно используемого сегмента памяти создаются страницы ВП. Это действие должно выполняться только одни раз, так как все остальные процессы будут обращаться к этому же сегменту. Если запрашивается выделение существующего сегмента, новые страницы не создаются; вместо этого возвращается идентификатор существующих страниц. Чтобы сделать сегмент общедоступным, процесс подключает его, при этом создаются адресные ссылки на страницы сегмента. По окончании работы с сегментом адресные ссылки удаляются. Когда все процессы завершили работу с сегментом, один (и только один) из них должен освободить страницы виртуальной памяти.
Размер совместно используемого сегмента кратен размеру страницы ВП. В Linux последняя величина обычно равна 4 Кбайт, но никогда не помешает это проверить с помощью функции
getpagesize
.
5.1.3. Выделение сегментов памяти
Процесс выделяет сегмент памяти с помощью функции
shmget
. Первым аргументом функции является целочисленный ключ, идентифицирующий создаваемый сегмент. Если несвязанные процессы хотят получить доступ к одному и тому же сегменту, они должны указать одинаковый ключ. К сожалению, ничто не мешает посторонним процессам выбрать тот же самый ключ сегмента, а это приведет к системному конфликту. Указание специальной константы
IPC_PRIVATE
в качестве ключа позволяет гарантировать, что будет создан совершенно новый сегмент.
Во втором аргументе функции задается размер сегмента в байтах. Это значение округляется, чтобы быть кратным размеру страницы ВП.
Третий параметр содержит набор битовых флагов. Перечислим наиболее важные из них.
■
IPC_CREAT
. Указывает на то, что создается новый сегмент, которому присваивается заданный ключ.
■
IPC_EXCL
. Всегда используется совместно с флагом
IPC_CREAT
и заставляет функцию
shmget
выдать ошибку в случае, когда сегмент с указанным ключом уже существует. Если флаг не указан и возникает описанная ситуация, функция
shmget
возвращает идентификатор существующего сегмента, не создавая новый сегмент.
■ Флаги режима. В эту группу входят 9 флагов, задающих права доступа к сегменту для владельца, группы и остальных пользователей. Биты выполнения игнорируются. Проще всего задавать права доступа с помощью констант, определенных в файле
предоставляют право чтения и записи владельцу сегмента, а флаги
S_IROTH
и
S_IWOTH
предоставляют аналогичные права остальным пользователям.
15
Эти
же константы используются при работе с файлами. Они описываются в разделе 10.3. "Права доступа к файлам".
В следующем фрагменте программы функция
shmget
создает новый совместно используемый сегмент памяти (или возвращает идентификатор существующего, если значение
shm_key
уже зарегистрировано в системе), доступный для чтения/записи только его владельцу:
int segment_id = shmget(shm_key, getpagesize,
IPC_CREAT | S_IRUSR | S_IWUSR);
В случае успешного завершения функция возвращает идентификатор сегмента. Если сегмент уже существует, проверяются нрава доступа к нему.
5.1.4. Подключение и отключение сегментов
Чтобы сделать сегмент памяти общедоступным, процесс должен подключить его с помощью функции
shmat
. В первом ее аргументе передается идентификатор сегмента, возвращенный функцией
shmget
. Второй аргумент — это указатель, определяющий, где в адресном пространстве процесса необходимо создать привязку на совместно используемую область памяти. Если задать значение
NULL
, ОС Linux выберет первый доступный адрес. Третий аргумент может содержать следующие флаги.
■
SHM_RND
. Указывает на то, что адрес, заданный во втором параметре, должен быть округлен, чтобы стать кратным размеру страницы. Если этот флаг не указан, необходимо самостоятельно позаботиться о выравнивании сегмента по границе страницы.
■
SHM_RDONLY
. Указывает на то. что сегмент доступен только для чтения, но не для записи.
В случае успешного завершения функция возвращает адрес подключенного сегмента. Дочерний процесс, созданный функцией
fork
, унаследует этот адрес и в случае необходимости сможет отключить сегмент.
По завершении работы с сегментом его необходимо отключить с помощью функции
shmdt
. Ей следует передать адрес, возвращаемый функцией
shmat
. Если текущий процесс был последним, кто ссылался на сегмент, сегмент удаляется из памяти. Функции
exit
и
exec
автоматически отключают сегменты.
5.1.5. Контроль и освобождение совместно используемой памяти
Функция
shmctl
возвращает информацию о совместно используемом сегменте и способна модифицировать его. Первым параметром является идентификатор сегмента.
Чтобы получить информацию о сегменте, укажите в качестве второго параметра константу
IPC_STAT
, а в третьем параметре передайте указатель на структуру
shmid_ds
.
Чтобы удалить сегмент, передайте во втором параметре константу
IPC_RMID
, а в третьем параметре —
NULL
. Сегмент удаляется, когда последний подключивший его процесс отключает сегмент.
Каждый совместно используемый сегмент должен явно освобождаться с помощью функции
shmctl
, чтобы случайно не был превышен системный лимит на общее число таких сегментов. Функции