Розділ 6 Міжпроцесова взаємодія

Дотепер ми розглядали взаємодію потоків одного процесу. Головною особливістю цієї взаємодії є простота технічної реалізації обміну даними між ними – усі потоки одного процесу використовують один адресний простір, а отже, можуть вільно отримувати доступ до спільно використовуваних даних, ніби вони є їх власними. Оскільки технічних труднощів із реалізацією обміну даними тут немає, основною проблемою, яку потрібно вирішувати в цьому випадку, є синхронізація потоків.

З іншого боку, кожен потік виконується в рамках адресного простору деякого процесу, тому часто постає задача організації взаємодії між потоками різних процесів. Ідеться власне про міжпроцесову взаємодію (interprocess communication, IPC).

Для потоків різних процесів питання забезпечення синхронізації теж є актуальними, але вони в більшості випадків не грунтуються на понятті спільно використовуваних даних (такі дані за замовчуванням для процесів відсутні). Крім того, додається досить складна задача забезпечення обміну між захищеними адресними просторами. Підходи до її розв’язання визначають різні види міжпроцесової взаємодії.

6. 1 Види міжпроцесової взаємодії

Реалізація міжпроцесової взаємодії здійснюється трьома основними методами: передовання повідомлень, розподілювання пам’яті та відображуваної пам’яті. Ще одним методом IPC можна вважати технологію сигналів, що була розглянута раніше.

6. 1. 1 Технологія відображуваної пам’яті (mapped memory)

У ряді ОС відображувана пам’ять є базовим системним механізмом, на якому грунтуються інші види міжпроцесової взаємодії та системні вирішення. Звичайно відображувану пам’ять використовують у поєднанні з інтерфейсом файлової системи, в такому разі говорять про файли, відображувані у пам’ять (memory-mapped files).

Ця технологія зводиться до того, що за допомогою спеціального системного виклику (зазвичай це mmap()) певну частину адресного простору процесу однозначно пов’язують із вмістом файла. Після цього будь-яка операція записування в таку пам’ять спричиняє зміну вмісту відображеного файла, яка відразу стає доступною усім застосуванням, що мають доступ до цього файла. Інші застосування теж можуть відобразити той самий файл у свій адресний простір і обмінюватися через нього даними один з одним.

Розділ 7 Керування оперативною пам’яттю

Під пам’яттю розумітемемо ресурс комп’ютера, призначений для зберігання програмного коду і даних. Пам’ять зображають як масив машинних слів або байтів з їхними адресами. У фон-нейманівській архітектурі комп’ютерних систем процесор вибирає інструкції і дані з пам’яті та може зберігати в ній результати виконання операцій.

Різні види пам’яті організовані в ієрархію. На нижчих рівнях такої ієрархії перебуває дешевша і повільніша пам’ять бвльшого обсягу, а в міру просування ієрархією нагору пам’ять стає дорожчою і швидшою (а її обсяг стає меншим). Найдешевшим і найповільнішим запам’ятовувальним пристроєм є жорсткий диск. Його також називають допоміжним запам’ятовувальним пристроєм (secondary storage). Швидшою і дорожчою є оперативна пам’ять, що зберігається в мікросхемах пам’яті, встановлених на комп’ютері,- таку пам’ять називатимемо основною пам’яттю (main memory). Ще швидшими засобами зберігання даних є різні кеші процесора, а обсяг цих кешів ще обмеженіший.

Керування пам’яттю в ОС- досить складне завдання. Потрібної за характеристиками пам’яті часто виявляють недостатньо, і щоб це не заважало роботі користувача, необхідно реалізовувати засоби координації різних видів пам’яті. Так, сучасні застосування можеуть не вміщатися цілком в основній пам’яті, тоді невикористовуваний код застосування може тимчасово зберігатися на жорсткому диску.

У цьому розділі розглянемо технології, які використовують основну пам’ять; керування пам’яттю із застосуванням допоміжних запам’ятовувальних пристроїв буде темою розділу 9, а методи динамічного розподілу пам’яті – розділу 10.