Это не официальный сайт wikipedia.org 01.01.2023

Разделяемая память — Википедия
Википедия

Разделяемая память

(перенаправлено с «Shared Memory»)

Разделяемая память (англ. Shared memory) является самым быстрым средством обмена данными между процессами[1].

Наглядное представление разделяемой памяти

В других средствах межпроцессового взаимодействия (IPC) обмен информацией между процессами проходит через ядро, что приводит к переключению контекста между процессом и ядром, т.е. к потерям производительности[2].

Техника разделяемой памяти позволяет осуществлять обмен информацией через общий для процессов сегмент памяти без использования системных вызовов ядра. Сегмент разделяемой памяти подключается в свободную часть виртуального адресного пространства процесса[3]. Таким образом, два разных процесса могут иметь разные адреса одной и той же ячейки, подключенной разделяемой памяти.

Краткое описание работыПравить

После создания разделяемого сегмента памяти любой из пользовательских процессов может подсоединить его к своему собственному виртуальному пространству и работать с ним как с обычным сегментом памяти. Недостатком такого обмена информацией является отсутствие каких бы то ни было средств синхронизации, однако для преодоления этого недостатка можно использовать технику семафоров.

Реализация технологии «клиент—сервер»Править

В схеме обмена данными между двумя процессами — (клиентом и сервером), использующими разделяемую память, — должна функционировать группа из двух семафоров. Первый семафор служит для блокирования доступа к разделяемой памяти, его разрешающий сигнал — 1, а запрещающий — 0. Второй семафор служит для сигнализации сервера о том, что клиент начал работу, при этом доступ к разделяемой памяти блокируется, и клиент читает данные из памяти. Теперь при вызове операции сервером его работа будет приостановлена до освобождения памяти клиентом.

Сценарий использования разделяемой памятиПравить

  1. Сервер получает доступ к разделяемой памяти, используя семафор.
  2. Сервер производит запись данных в разделяемую память.
  3. После завершения записи данных сервер освобождает доступ к разделяемой памяти с помощью семафора.
  4. Клиент получает доступ к разделяемой памяти, запирая доступ к этой памяти для других процессов с помощью семафора.
  5. Клиент производит чтение данных из разделяемой памяти, а затем освобождает доступ к памяти с помощью семафора.

Программная реализацияПравить

В программном обеспечении разделяемой памятью называют:

  • Метод межпроцессного взаимодействия (IPC), то есть способ обмена данными между программами, работающими одновременно. Один процесс создаёт область в оперативной памяти, которая может быть доступна для других процессов.
  • Метод экономии памяти, путём прямого обращения к тем исходным данным, которые при обычном подходе являются отдельными копиями исходных данных, вместо отображения виртуальной памяти или описанного метода . Такой подход обычно используется для разделяемых библиотек и для XIP.

Поскольку оба процесса могут получить доступ к общей области памяти как к обычной памяти, это очень быстрый способ связи (в отличие от других механизмов IPC, таких как именованные каналы, UNIX-сокеты или CORBA). С другой стороны, такой способ менее гибкий, например, обменивающиеся процессы должны быть запущены на одной машине (из перечисленных методов IPC только сетевые сокеты, не путать с сокетами домена UNIX, могут вести обмен данными через сеть), и необходимо быть внимательным, чтобы избежать проблем при использовании разделяемой памяти на разных ядрах процессора и аппаратной архитектуре без когерентного кэша.

Обмен данными через разделяемую память используется, например, для передачи изображений между приложением и X-сервером на Unix-системах или внутри объекта IStream возвращаемого CoMarshalInterThreadInterfaceInStream в библиотеке COM под Windows.

Динамические библиотеки, как правило, загружаются в память один раз и отображены на несколько процессов, и только страницы, которые специфичны для отдельного процесса (поскольку отличаются некоторые идентификаторы) дублируются, как правило, с помощью механизма, известного как копирование-при-записи, который при попытке записи в разделяемую память незаметно для вызывающего запись процесса копирует страницы памяти, а затем записывает данные в эту копию.

В UNIX-подобных операционных системахПравить

POSIX предоставляет стандартизированное API для работы с разделяемой памятью — POSIX Shared Memory. Одной из ключевых особенностей операционных систем семейства UNIX является механизм копирования процессов (системный вызов fork()), который позволяет создавать анонимные участки разделяемой памяти перед копированием процесса и наследовать их процессами-потомками. После копирования процесса разделяемая память будет доступна как родительскому, так и дочернему процессу.[3][4]

Существует два разных подхода к подключению и использованию разделяемой памяти:

Разделяемая память в стиле UNIX System VПравить

UNIX System V предоставляет набор функций языка C, позволяющий работать с разделяемой памятью[7]:

  • shmget — создание сегмента разделяемой памяти с привязкой к целочисленному идентификатору, либо анонимного сегмента разделяемой памяти (при указании вместо идентификатора значения IPC_PRIVATE)[8];
  • shmctl — установка параметров сегмента памяти[9];
  • shmat — подключение сегмента к адресному пространству процесса[4];
  • shmdt — отключение сегмента от адресного пространства процесса[10].

Именованная разделяемая память подразумевает ассоциацию с каждым участком памяти уникального числового ключа в рамках операционной системы, по которому в дальнейшем можно подключить разделяемую память в другом процессе.[8]

Разделяемая память POSIXПравить

POSIX позволяет связать с объектом разделяемой памяти файловый дескриптор, что является более унифицированным механизмом, чем механизм UNIX System V. Для работы с памятью могут быть использованы следующие функции языка C:

  • shm_open — создание или подключение объекта разделяемой памяти POSIX по его имени[6];
  • shm_unlink — удаление объекта разделяемой памяти по его имени (при этом сегмент разделяемой памяти будет существовать, пока не будет отключен от всех процессов)[11];
  • ftruncate — задаёт или изменяет размер разделяемой памяти (или отображённого в память файла)[12];
  • mmap — подключает существующий или создаёт анонимный сегмент разделяемой памяти к адресному пространству процесса[3].

В операционных системах семейства WindowsПравить

В операционной системе Windows для создания разделяемой памяти используются функции CreateFileMapping и MapViewOfFile[13] из MSDN.

Поддержка в языках программированияПравить

Некоторые библиотеки языка C++ предлагают доступ к работе с разделяемой памятью в кроссплатформенном виде. Например, библиотека Boost предоставляет класс boost::interprocess::shared_memory_object[14] для POSIX-совместимых операционных систем, а библиотека Qt предоставляет класс QSharedMemory, унифицирующий доступ к разделяемой памяти для разных операционных систем с некоторыми ограничениями[15].

В Java 7 под операционной системой GNU/Linux разделяемая память может быть реализована отображением файла из каталога /dev/shm/ (либо /run/shm/, в зависимости от дистрибутива) в память[16] с помощью метода map класса java.nio.MappedByteBuffer[17].

Поддержка разделяемой памяти осуществлена во многих других языках программирования. Так, PHP предоставляет API[18] для создания разделяемой памяти, чьи функции схожи с функциями POSIX.

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. ↑ Колисниченко Денис Николаевич. Разработка Linux-приложений. — БХВ-Петербург, 2012-01-01. — 430 с. — ISBN 9785977507479. Архивная копия от 23 июля 2016 на Wayback Machine
  2. ↑ Hyok-Sung Choi, Hee-Chul Yun. Context Switching and IPC Performance Comparison between uClinux and Linux on the ARM9 based Processor (англ.) // Samsung Electronics : Технический отчёт. — 2004. Архивировано 6 марта 2016 года.
  3. ↑ 1 2 3 mmap  (неопр.). pubs.opengroup.org. Дата обращения: 3 января 2016. Архивировано 6 декабря 2015 года.
  4. ↑ 1 2 shmat  (неопр.). pubs.opengroup.org. Дата обращения: 3 января 2016. Архивировано 30 декабря 2015 года.
  5. ↑ System Interfaces Chapter 2  (неопр.). pubs.opengroup.org. Дата обращения: 3 января 2016. Архивировано 8 января 2016 года.
  6. ↑ 1 2 shm_open  (неопр.). pubs.opengroup.org. Дата обращения: 3 января 2016. Архивировано 21 ноября 2015 года.
  7. ↑ Kay A. Robbins. UNIX systems programming: communication, concurrency, and threads. — Prentice Hall PTR, 2003. — С. 512. Архивная копия от 22 сентября 2014 на Wayback Machine
  8. ↑ 1 2 shmget  (неопр.). pubs.opengroup.org. Дата обращения: 3 января 2016. Архивировано 5 марта 2016 года.
  9. ↑ shmctl  (неопр.). pubs.opengroup.org. Дата обращения: 3 января 2016. Архивировано 7 декабря 2015 года.
  10. ↑ shmdt  (неопр.). pubs.opengroup.org. Дата обращения: 3 января 2016. Архивировано 12 декабря 2015 года.
  11. ↑ shm_unlink  (неопр.). pubs.opengroup.org. Дата обращения: 3 января 2016. Архивировано 9 ноября 2015 года.
  12. ↑ ftruncate  (неопр.). pubs.opengroup.org. Дата обращения: 3 января 2016. Архивировано 1 февраля 2016 года.
  13. ↑ Creating Named Shared Memory  (неопр.). Дата обращения: 26 июня 2014. Архивировано 5 июня 2014 года.
  14. ↑ Sharing memory between processes - 1.60.0  (неопр.). www.boost.org. Дата обращения: 4 января 2016. Архивировано 29 декабря 2015 года.
  15. ↑ QSharedMemory Class | Qt Core 5.5  (неопр.). doc.qt.io. Дата обращения: 4 января 2016. Архивировано 7 декабря 2015 года.
  16. ↑ shm_overview(7) - Linux manual page  (неопр.). man7.org. Дата обращения: 4 января 2016. Архивировано 4 января 2016 года.
  17. ↑ MappedByteBuffer (Java Platform SE 7 )  (неопр.). docs.oracle.com. Дата обращения: 4 января 2016. Архивировано 15 января 2016 года.
  18. ↑ Shared Memory Functions in PHP-API  (неопр.). Дата обращения: 26 июня 2014. Архивировано 25 июня 2014 года.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Разделяемая_память&oldid=123492684