UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA JEFERSON AUGUSTO WISBISKI JOÃO DAVI MAYER
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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA JEFERSON AUGUSTO WISBISKI JOÃO DAVI MAYER MEMÓRIA COMPARTILHADA PONTA GROSSA 2017
2 JEFERSON AUGUSTO WISBISKI JOÃO DAVI MAYER MEMÓRIA COMPARTILHADA Trabalho apresentado para obtenção de nota parcial na Universidade Estadual de Ponta Grossa, na disciplina de Sistemas Operacionais. Professor: Dierone Foltran PONTA GROSSA 2017
3 1. Introdução A comunicação entre processos ou comunicação inter-processo (IPC ou Inter Process Communication) é o nome dado ao momento em que dois processos precisam se comunicar, em outras palavras, compartilhar ou trocar dados entre sí. Esse cenário ocorre com frequência dentro dos sistemas computacionais em situações como redirecionamento da saída de um comando para outro, envio de arquivos para impressão, transmissão de dados através da rede, transferência de dados entre periféricos, etc. Existem cinco métodos que permitem que haja comunicação entre processos. O método abordado nessa pesquisa será Memória Compartilhada. A memória compartilhada é uma das comunicações entre processos mais simples. Esse método reserva um espaço de memória o qual todos os processos envolvidos usam na comunicação. 2. Memória compartilhada em Linux Memória compartilhada é a forma mais rápida para que uma comunicação entre processos aconteça, pois todos os processos usam o mesmo pedaço de memória. Segundo Mitchel, acessar essa memória compartilhada é tão rápido quanto acessar a memória não-compartilhada de um processo, além de não precisar de uma chamada de sistema ou acesso ao kernel. Também evita a cópia desnecessária de dados. Como o kernel não oferece a sincronização dos acessos em uma memória compartilhada, precisa-se programar as condições necessárias para que um sincronismo seja providenciado. Condições como: dois processos não podem escrever simultaneamente no mesmo espaço de memória, ou um processo não pode ler o espaço de memória a menos que tenha algo escrito no mesmo, são exemplos a serem tratados para que situações de concorrência sejam prevenidas. Isso porque embora compartilhada, a memória deve ser usada em série, ou seja, um processo de cada vez utilizando o espaço. 2.1 Alocação de um segmento de memória Para usar um segmento de memória compartilhada, um dos processos precisa alocar essa memória usando a função shmget, onde o primeiro parâmetro é um valor inteiro que especifica qual segmento criar, entretanto é comum utilizar a constante
4 IPC_PRIVATE como parâmetro para que não haja risco de outros processos terem escolhido um mesmo valor para esse parâmetro em outras alocações. O segundo parâmetro define o número de Bytes do segmento, e o terceiro parâmetro são flags que especificam opções do shmget. Essas flags são: IPC_CREAT que indica que o segmento a ser criado é um novo segmento, IPC_EXCL faz com que o shmget falhe caso a chave utilizada no primeiro parâmetro já exista, S_IRUSR e S_IWUSR dão permissões de leitura e escrita pra o processo que está alocando o segmento de memória a ser compartilhada, por fim S_IROTH e S_IWOTH são flags que dão permissões de leitura e escrita para outros processos que eventualmente farão uso desse segmento. O exemplo 1 mostra um segmento sendo alocado, onde, se a chave shm_key não está em uso, então o shmget cria um novo segmento de memória compartilhada que pode ser lido e escrito pelo processo que está fazendo a alocação mas não pelos demais processos, devido a maneira em que as flags foram utilizadas. Exemplo 1 int segment_id = shmget (shm_key, getpagesize (), IPC_CREAT S_IRUSR S_IWUSER); Fonte: Advanced Linux Programming Percebe-se pelo exemplo 1 que a função shmget retornará um identificador do segmento alocado que será atribuído à variável inteira segment_id. 2.2 Endereçamento de um segmento de memória Após a memória alocada, para que o espaço reservado possa ser utilizado ele precisa ser atribuído à uma variável. Utiliza-se então a função shmat, cujo primeiro parâmetro recebe um identificador do segmento previamente alocado, o segundo parâmetro recebe um ponteiro que direciona ao endereço onde a memória compartilhada será mapeada, caso o segundo parâmetro seja nulo o próprio Linux seleciona um endereço que esteja disponível. Por fim o terceiro parâmetro recebe flags que podem ser: SHM_RND que força o endereço fornecido seja arredondado para um múltiplo do tamanho de página da memória, e SHM_RONLY que indica que o segmento vai ser apenas lido e não escrito.
5 2.3 Controle de um segmento de memória Para obter informações sobre o segmento de memória compartilhada utiliza-se a função shmctl, com identificador do segmento no primeiro parâmetro, a flag IPC_STAT no segundo parâmetro e um ponteiro no terceiro parâmetro. Isso retornará as informações sobre o segmento cujo o identificador foi fornecido. Se o objetivo é remover o segmento de memória compartilhada, utiliza-se a mesma função, mas a flag utilizada é IPC_RMID e o terceiro parâmetro é nulo. 3. Conclusão A utilização de memória compartilhada permite alta velocidade de comunicação bidirecional, independentemente do número de processos. No entanto deve ser utilizado algum protocolo de proteção de acesso, evitando assim erros na concorrência de acesso como por exemplo a sobre escrita dos dados antes da leitura dos mesmos. Para que múltiplos processos utilizem um segmento de memória compartilhado devem possuir a mesma chave.
6 4. REFERÊNCIAS MITCHEL, M. Advanced Linux Programming. Ed. 1, Junho Disponível em: Acesso em: 16/04/2017 JANDL, P. Notas sobre Sistemas Operacionais. Ed. 1, Fevereiro 2004.
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