Чтение онлайн

В этом разделе мы работали с отображением файлов в память с помощью mmap. В упражнении 13.1 нам придется немного изменить две наших программы для работы с разделяемой памятью Posix, и мы получим те же результаты.

Разделяемая память представляет собой самую быстродействующую форму IPC, потому что данные из разделяемой области памяти доступны всем потокам и процессам, с ней работающим. Обычно для координации совместных действий потоков и процессов, использующих разделяемую память, требуется некоторая форма синхронизации.

В этой главе мы подробно рассмотрели свойства функции mmap и отображение обычных файлов в память, потому что это один из способов обеспечения взаимодействия между неродственными процессами. После отображения файла в память для обращения к нему больше не нужно использовать вызовы read, write и lseek — вместо этого можно напрямую работать с ячейками памяти, относящимися к той области, указатель на которую возвращает mmap. Замена явных операций с файлом на обращение к ячейкам памяти может упростить программу и в некоторых случаях увеличить быстродействие.

Если необходимо совместное использование области памяти после вызова fork, можно упростить решение этой задачи, используя неименованное отображение в память. Для этого в ядрах Berkeley при вызове mmap указывается флаг MAP_ANON, а в ядрах SVR4 производится отображение специального файла /dev/zero.

Причина, по которой мы столь детально разобрали работу mmap, заключается в том, что отображение файлов в память часто оказывается очень полезным, а также в том, что mmap используется для работы с разделяемой памятью Posix, которая является предметом изучения следующей главы.

Для работы с памятью стандартом Posix определено еще четыре функции:

■ mlockall делает всю память процесса резидентной; munlockall снимает эту блокировку;

■ mlock делает определенный диапазон адресов процесса резидентным. Аргументами функции являются начальный адрес и длина области. Функция munlock разблокирует указываемую область памяти.

1. Что произойдет с программой в листинге 12.7, если добавить еще один повтор цикла for?

2. Предположим, что имеются два процесса, один из которых отправляет сообщения другому. Для этого используются очереди сообщений System V. Нарисуйте схему передачи сообщений от отправителя к получателю. Теперь представьте, что используется реализация очередей сообщений Posix из раздела 5.8, и нарисуйте аналогичную схему.

3. Мы говорили, что при вызове mmap с флагом MAP_SHARED для синхронизации содержимого файла и памяти используются алгоритмы ядра для работы с виртуальной памятью. Прочитайте страницу документации, относящуюся к /dev/zero, чтобы узнать, что происходит, когда ядро записывает изменения обратно в этот файл.

4. Измените программу в листинге 12.2, указав MAP_PRIVATE вместо MAP_SHARED. Проверьте, что результаты будут такими же, как и при выполнении программы из листинга 12.1. Что будет содержаться в файле, отображенном в память?

5. В разделе 6.9 мы отметили, что единственным способом использовать select с очередью сообщений System V является создание неименованной области памяти, порождение процесса и блокирование его в вызове msgrcv, причем сообщение должно считываться в разделяемую память. Родительский процесс также создает два канала, один из которых используется для уведомления его о том, что сообщение помещено в разделяемую память, а другой — для уведомления дочернего процесса о возможности помещения нового сообщения в эту память. Тогда родительский процесс может вызвать select для открытого на чтение конца канала вместе с любыми другими дескрипторами. Напишите программу, реализующую этот алгоритм. Для выделения области неименованной разделяемой памяти используйте функцию my_shm (листинг А.31). Для создания очереди сообщений и помещения в нее записей используйте программы msgcreate и msgsnd из раздела 6.6. Родительский процесс должен просто выводить размер и тип всех считываемых дочерним процессом сообщений. 

В предыдущей главе рассматривались общие вопросы, связанные с разделяемой памятью, и детально разбиралась функция mmap. Были приведены примеры, в которых вызов mmap использовался для создания области памяти, совместно используемой родительским и дочерним процессами. В этих примерах использовалось:

■ отображение файлов в память (листинг 12.2);

■ неименованное отображение памяти в системе 4.4BSD (листинг 12.4);

■ неименованное отображение файла /dev/zero (листинг 12.5).

Теперь мы можем расширить понятие разделяемой памяти, включив в него память, совместно используемую неродственными процессами. Стандарт Posix.1 предоставляет два механизма совместного использования областей памяти для неродственных процессов:

1. Отображение файлов в память: файл открывается вызовом open, а его дескриптор используется при вызове mmap для отображения содержимого файла в адресное пространство процесса. Этот метод был описан в главе 12, и его использование было проиллюстрировано на примере родственных процессов. Однако он позволяет реализовать совместное использование памяти и для неродственных процессов.

2. Объекты разделяемой памяти: функция shm_open открывает объект IPC с именем стандарта Posix (например, полным именем объекта файловой системы), возвращая дескриптор, который может быть использован для отображения в адресное пространство процесса вызовом mmap. Данный метод будет описан в этой главе.

Оба метода требуют вызова mmap. Отличие состоит в методе получения дескриптора, являющегося аргументом mmap: в первом случае он возвращается функцией open, а во втором — shm_open. Мы показываем это на рис. 13.1. Стандарт Posix называет объектами памяти (memory objects) и отображенные в память файлы, и объекты разделяемой памяти стандарта Posix.

Процесс получения доступа к объекту разделяемой памяти Posix выполняется в два этапа:

1. Вызов shm_open с именем IPC в качестве аргумента позволяет либо создать новый объект разделяемой памяти, либо открыть существующий.

Рис. 13.1. Объекты памяти Posix: отображаемые в память файлы и объекты разделяемой памяти

2. Вызов mmap позволяет отобразить разделяемую память в адресное пространство вызвавшего процесса.