知識講解Unix操作系統(tǒng)共享內(nèi)存
Unix操作系統(tǒng)中，共享內(nèi)存可以說是最有用的進(jìn)程間通信方式，也是最快的IPC形式。兩個(gè)不同進(jìn)程A、B共享內(nèi)存的意思是，同一塊物理內(nèi)存被映射到進(jìn)程A、B各自的進(jìn)程地址空間。進(jìn)程A可以即時(shí)看到進(jìn)程B對共享內(nèi)存中數(shù)據(jù)的更新，反之亦然。由于多個(gè)進(jìn)程共享同一塊內(nèi)存區(qū)域，必然需要某種同步機(jī)制，互斥鎖和信號量都可以。
采用共享內(nèi)存通信的一個(gè)顯而易見的好處是效率高，因?yàn)檫M(jìn)程可以直接讀寫內(nèi)存，而不需要任何數(shù)據(jù)的拷貝。對于Unix操作系統(tǒng)像管道和消息隊(duì)列等通信方式，則需要在內(nèi)核和用戶空間進(jìn)行四次的數(shù)據(jù)拷貝，而共享內(nèi)存則只拷貝兩次數(shù)據(jù)[1]：一次從輸入文件到共享內(nèi)存區(qū)，另一次從共享內(nèi)存區(qū)到輸出文件。實(shí)際上，進(jìn)程之間在共享內(nèi)存時(shí)，并不總是讀寫少量數(shù)據(jù)后就解除映射，有新的通信時(shí)，再重新建立共享內(nèi)存區(qū)域。而是保持共享區(qū)域，直到通信完畢為止，這樣，數(shù)據(jù)內(nèi)容一直保存在共享內(nèi)存中，并沒有寫回文件。共享內(nèi)存中的內(nèi)容往往是在解除映射時(shí)才寫回文件的。
因此，Unix操作系統(tǒng)采用共享內(nèi)存的通信方式效率是非常高的。
共享內(nèi)存 (shared memory)是Unix操作系統(tǒng)下的多進(jìn)程之間的通信方法,這種方法通常用于一個(gè)程序的多進(jìn)程間通信，實(shí)際上多個(gè)程序間也可以通過共享內(nèi)存來傳遞信息。本文介紹如何在 Client/Server方式下實(shí)現(xiàn)多個(gè)程序間共享內(nèi)存?！ ?br />
Unix操作系統(tǒng)問題分析
多個(gè)程序之間共享內(nèi)存 ,首先要解決的問題是怎樣讓各個(gè)程序能夠訪問同一塊內(nèi)存和相同的信號量。共享內(nèi)存的 id可以通過調(diào)用 shmget(key_t key, size_t size, int shmflg)函數(shù)取得；信號量的 id可以通過調(diào)用 semget(key_t key, int nsems, int semflg)函數(shù)取得。實(shí)際上，只要在調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)時(shí)使用相同的 key值，各程序之間就能達(dá)到共享內(nèi)存的目的。
Unix操作系統(tǒng)通過調(diào)用 key_t ftok(const char＊ path, int id)函數(shù)來產(chǎn)生 key值,如果各程序都用同樣的參數(shù)來調(diào)用此函數(shù)，自然也就得到相同的key值了。例子中各個(gè)程序都使用 key=ftok(" /", 0)得到相同的 key值 ,再進(jìn)而由 key值得到相同的共享內(nèi)存 id和信號量 id?！?br />
第二個(gè)要解決的問題是如何控制多個(gè)程序并發(fā)訪問共享內(nèi)存。本文的例子模擬在 Client/Server方式下，由一個(gè) Server產(chǎn)生數(shù)據(jù)，多個(gè) Client去讀取數(shù)據(jù)的操作。常規(guī)的方法是設(shè)一個(gè)信號量，Unix操作系統(tǒng)將訪問共享內(nèi)存的程序作為臨界區(qū)來處理。程序進(jìn)入時(shí)用 p()操作取得鎖，退出時(shí)用 v()操作釋放鎖。但這樣做有兩個(gè)問題：一是這樣各個(gè)程序就處于平等的地位，而實(shí)際中往往 Server的優(yōu)先級應(yīng)該比 Client更高。
比如，在股票行情應(yīng)用程序中 ,共享內(nèi)存里存放行情信息，Server負(fù)責(zé)定時(shí)更新； Client是 CGI程序，負(fù)責(zé)按客戶要求讀取共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，然后再反饋給客戶。在這種情況下， Server就不能等所有 Client進(jìn)程都讀完了才開始寫，因?yàn)檫@樣 Client取得的數(shù)據(jù)反而是過時(shí)的。二是各個(gè) Client之間由于都是讀操作，所以沒有必要互斥。
本文對這兩個(gè)問題的解決方案是：只有 Server進(jìn)行 p()、 v()操作，信號量初始值設(shè)為 0， p()操作將它加一， v()操作將它減一； Client讀共享內(nèi)存之前要先等待信號量的值為 0，這樣 Server的 p()操作總是成功，而 Server的 p()操作后，尚未進(jìn)入臨界區(qū)的 Client只能等到 Server執(zhí)行 v()操作后才能讀。這樣Server比 Client優(yōu)先，Client之間不互斥。但這樣又產(chǎn)生另一個(gè)問題：一個(gè) Server開始寫時(shí)，部分 Client可能已經(jīng)進(jìn)入臨界區(qū)，有可能出現(xiàn)讀不完整的問題。
因此，Unix操作系統(tǒng)例子基于這樣一個(gè)前提： Client程序比較簡單，不會(huì)被阻塞，并且能夠在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)執(zhí)行完讀取操作。本例中處于臨界區(qū)中的 Client數(shù)目是有限的，如果 Server等待一個(gè)時(shí)間片 (例子中是等待一分鐘 )后， Client就能全部退出臨界區(qū)，這個(gè)問題就能排除。很多 CGI程序能夠滿足這個(gè)假設(shè)條件，如果 Client確實(shí)不滿足條件，可以生成訪問共享內(nèi)存的子進(jìn)程，它的執(zhí)行時(shí)間應(yīng)該滿足上述要求。
【編輯推薦】
