Майкл Джонсон - Разработка приложений в среде Linux. Второе издание

В Linux и многих других современных операционных системах для областей памяти можно организовать страничный обмен с диском (или отклонять, если их невозможно заменить каким-либо другим способом), когда возникает дефицит памяти. На приложения, чувствительные к ограничениям внешней синхронизации, может неблагоприятно повлиять задержка, к которой приводит подкачка страниц обратно в ОЗУ, когда это необходимо процессу. Для улучшения надежности таких приложений Linux позволяет процессу блокироватьобласти памяти в ОЗУ, чтобы сделать эти синхронизации более предсказуемыми. В целях безопасности блокировка памяти разрешена только процессам с полномочиями привилегированного пользователя [87] В будущем это может измениться, поскольку в ядре реализуются мелкомодульные системные полномочия. . Если блокировать области памяти сможет любой процесс, то какой-то неисправный процесс может заблокировать все ОЗУ системы и привести ее к краху. Общее количество памяти, блокируемой процессом, не может превышать предел использования RLIMIT_MEMLOCK(см. главу 10).

Для блокирования и разблокирования областей памяти применяются перечисленные ниже вызовы.

#include

int mlock(caddr_t addr, size_t length);

int mlockall(int flags);

int munlock(caddr_t addr, size_t length);

int munlockall(void);

Первый вызов, mlock(), блокирует lengthбайт, начиная с адреса addr. За один раз должна блокироваться полная страница памяти, поэтому mlock()фактически блокирует все страницы между страницей, содержащей первый адрес, и страницей, содержащей последний адрес, включительно. После завершения mlock()все страницы, на которые распространился вызов, окажутся в ОЗУ.

Если процессу необходимо заблокировать все свое адресное пространство, применяется mlосkall(). Аргумент flagsпринимает значение одного или обоих описанных ниже флагов, объединенных с помощью битового "ИЛИ".

Разблокирование памяти — это почти то же, что ее блокирование. Если процесс больше не нуждается в блокировании памяти, munlockall()разблокирует все его страницы. munlock()принимает те же аргументы, что и mlock(), и разблокирует страницы, относящиеся к указанной области.

Многократное блокирование страницы эквивалентно однократному. В каждом случае отдельный вызов munlock()разблокирует страницы, подпадающие под его влияние.

Хотя доступ к одному и тому же файлу со стороны нескольких процессов — вполне обычное явление, делать это следует осторожно. Многие файлы содержат сложные структуры данных, и обновление этих структур создает те же условия состязаний, что и в обработчиках сигналов и областях совместно используемой памяти.

Существует два типа блокирования файлов. Наиболее распространенное — рекомендательное блокирование, которое ядром принудительно не осуществляется. Это просто соглашение, которому должны следовать все процессы, имеющие доступ к файлу. Второй тип, обязательное блокирование, принудительно выполняется ядром. Когда процесс блокирует файл для записи, другие процессы, пытающиеся прочитать или записать в файл, приостанавливаются до снятия блокировки. Хотя этот метод может показаться более очевидным, обязательное блокирование вынуждает ядро совершать проверку наличия блокировок при каждом вызове read()и write(), существенно снижая производительность этих системных вызовов.

Операционная система Linux предоставляет два метода блокирования файлов: блокировочные файлы и блокирование записей.

Блокировочные файлыявляются наиболее простым методом блокирования. Каждый нуждающийся в блокировании файл данных ассоциируется с блокировочным файлом. Когда блокировочный файл существует, файл данных считается заблокированным, и другие процессы не имеют к нему доступа. Когда блокировочный файл не существует, процесс создает его и затем получает доступ к файлу данных. До тех пор, пока процедура создания блокировочного файла атомарна (только один процесс за раз может "владеть" блокировочным файлом), этот метод гарантирует доступ к файлу со стороны только одного процесса в каждый момент времени.