進程共享資源包括軟體資源和硬體資源。軟體資源有變數、表格、佇列；硬體資源有物理設備，例如：印表機，輸入設備等。進程共享資源有一個重要內容就是，共享CPU和記憶體。共享CPU採用進程方法實現，共享記憶體採用進程有獨立的記憶體空間，相互之間不能互相訪問。而軟體方面的共享記憶體空間則是共享記憶體，因此共享記憶體是進程共享作業系統空間資源。
概述,主要內容,分類,硬體資源,
概述
進程共享資源包括軟體資源和硬體資源。軟體資源有變數、表格、佇列；硬體資源有物理設備，例如：印表機，輸入設備等。進程共享資源有一個重要內容就是，共享CPU和記憶體。共享CPU採用進程方法實現，共享記憶體採用進程有獨立的記憶體空間，相互之間不能互相訪問。而軟體方面的共享記憶體空間則是共享記憶體，因此共享記憶體是進程共享作業系統空間資源。
主要內容
進程共享作業系統空間的目的是傳遞數據，或者進程通信。作業系統專門劃出一個區域作為共享記憶體區域。而要使用這個共享記憶體的進程，必須將這個區域連線到記憶體圖像中。而進程的訊息佇列也是在作業系統的核心空間中，但是屬於某一個進程，所以共享的色彩並不濃厚。
此外，從另一個觀念看，進程之間傳遞數據，因為進程的數據段相互獨立，所以不能通過地址訪問另一個進程的數據，只有採用共享“軟體資源”的方法處理數據。這裡顯然把共享記憶體看作共享軟體資源。進程通信的方法有：共享記憶體，訊息佇列和已分享檔案三種主要方式。此外，共享數據結構的方法，例如生產者-消費者問題的有界緩衝區；還有信箱作為中間實體的間接通信方式，也是進程通信的方法，請看參考書。
協作進程需要進程間通信機制(interprocesscommunication,IPC)，進程間通信的兩種基本方式：共享記憶體和訊息佇列。
協作進程需要進程間通信機制(interprocesscommunication,IPC)，進程間通信的兩種基本方式：共享記憶體和訊息佇列。
1.概念
在提供這種通信方式的系統中，作業系統在存儲器中劃出了一塊共享存儲區，多個進程間可通過對共享存儲區中的數據進行讀寫來實現通信。共享記憶體允許以最快的速度進行便捷的進程通信，僅在建立共享記憶體區域時需要系統調用，以後，所有共享記憶體訪問都處理為常規記憶體訪問。
建立的一塊共享記憶體駐留在作業系統的共享記憶體區域，進程在使用共享記憶體時，必須將共享記憶體放到進程的地址空間中，才能向共享記憶體讀寫數據。
建立的一塊共享記憶體駐留在作業系統的共享記憶體區域，進程在使用共享記憶體時，必須將共享記憶體放到進程的地址空間中，才能向共享記憶體讀寫數據。
2.共享記憶體解決生產者-消費者問題
循環緩衝池。在TCP/IP協定中，循環緩衝區的問題用滑動視窗協定解決，因此不必取余。
#defineBUFFER_SIZE100
itemnextProduced
while(true){
/*produceaniteminnextProduced*/
while((in+1)%BUFFER_SIZE)==out)
;/*donothing*/
buffer[in]=nextProduced;
in=(in+1)%BUFFER_SIZE;
}
itemnextConsumed
while(true){
while(in==out)
;/*donothing*/
nextConsumed=buffer[out];
out=(out+1)%BUFFER_SIZE;
/*consumetheiteminnextConsumed*/
}
#defineBUFFER_SIZE100
itemnextProduced
while(true){
/*produceaniteminnextProduced*/
while((in+1)%BUFFER_SIZE)==out)
;/*donothing*/
buffer[in]=nextProduced;
in=(in+1)%BUFFER_SIZE;
}
itemnextConsumed
while(true){
while(in==out)
;/*donothing*/
nextConsumed=buffer[out];
out=(out+1)%BUFFER_SIZE;
/*consumetheiteminnextConsumed*/
}
3.共享記憶體實例
系統調用1.POSIX系統shmget()創建共享記憶體
#includeshm.h>
segment_id=shmget(IPC_PRIVATE,size,S_IRUSR|S_IWUSR);
返回值：共享記憶體段整數標識符。錯誤，返回-1。
第一個參數指的是共享記憶體段關鍵字（標識符）。第二個參數是size是共享記憶體的大小（單位：位元組）。第三個參數是共享記憶體段的標識模式，明確如何使用共享記憶體段—讀、寫或可讀可寫。
SystemV或Linux系統
#includetypes.h>
#includeshm.h>
intshmget(key_tkey,size_tsize,intshmflg);
第一個參數為key_t類型的key值，由ftok函式產生，它表示一個進程IPC。第三個參數用來標識共享記憶體段的創建標識，包括：
IPC_CREAT:若不存在與key對應的共享記憶體段，就創建。
IPC_EXEL：若與key對應的共享記憶體段已經存在，返回錯誤。
IPC_NOWAIT：不等待直接返回
Linux系統的選項，SHM_R:可讀；SHM_W:可寫。此外，Linux還可以用開打開一個共享記憶體段。
系統調用2.shmat()(SharedMemoryAttach)
shared_memory=(char*)shmat(segment_id,NULL,0)
功能：將共享記憶體加入進程的地址空間。
返回值：共享記憶體段在進程空間的首地址，也稱為實際地址。shared_memory是一個字元指針。當多個進程共享的是計算數組，則它可以是一個結構類型指針，數組作為結構的一個成員。錯誤，返回-1。多個進程使用同一個共享記憶體，在每一個shmat()成功後，shm_nattch計數器值加1。
參數1是共享記憶體標識符，由shmget()函式產生。參數2指定共享記憶體在進程空間中的地址，若為NULL則由作業系統選擇可用地址。參數3是flag，在進程地址空間中的許可權是唯讀還是讀寫方式，應知道flag=0表示非唯讀方式，唯讀方式SHM_RDONLY的值是010000。
一旦共享記憶體段加入到進程地址空間，則進程就可採用從shmat()返回的指針，將共享記憶體作為一般的記憶體訪問。
系統調用3：shmdt()
intshmdt(void*shmaddr)
功能：將共享記憶體從進程地址空間分離。此共享記憶體仍然在作業系統共享記憶體區域，直到用shmctl()特地刪除。
返回值：成功返回0；錯誤，返回-1。shm_nattch計數器值減1。
fork()系統調用對共享記憶體的影響：使用fork創建一個子進程後，該進程繼承EP進程連線的共享記憶體，若調用exit()則進程與所有共享記憶體脫離關係。使用fork()系統調用的程式中，在EP進程中申請和初始化共享記憶體，子進程和EP進程分別連線共享記憶體並且完成不同的任務，然後子進程exit(0)，任務結果由EP進程收集或者列印出來，並且。若子進程用exec()則自動卸載所有複製載入的共享記憶體。
源程式：Linux系統
#includeshm.h>
#include
#include
#include
#includeipc.h>
#include
main()
{
key_tkey;
intshm_id;
char*ptr;
key=ftok(“/”,10);
shm_id=shmget(key,100,IPC_CREAT|SHM_R);//唯讀的共享記憶體
printf(“gettheshmidis%d\n”,shm_id);
if((ptr=(char*)shmat(shm_id,NULL,SHM_RDONLY))==NULL)
{//唯讀方式連線
print(“sharedmemoryfail\n”);
exit(-1);
}
printf(“inyanqzdtheattchaddis%p\n”,ptr);//列印實際地址
printf(“now,attempttowritethememory\n”);
*ptr=’d’;
printf(“*ptr=%c\n”,*ptr);
shmdt(ptr);
}
這個程式在編譯時不能通過，編譯器輸出“段錯誤”。原因是程式試圖寫一個唯讀方式創建的共享記憶體段。只需要將程式中的兩個語句修改為：
shm_id=shmget(key,100,IPC_CREAT);//唯讀的共享記憶體
if((ptr=(char*)shmat(shm_id,NULL,0))==NULL)
則程式能得到正確結果：顯示共享記憶體標識符，顯示共享記憶體在進程中的地址，顯示字元d。
#includeshm.h>
segment_id=shmget(IPC_PRIVATE,size,S_IRUSR|S_IWUSR);
返回值：共享記憶體段整數標識符。錯誤，返回-1。
第一個參數指的是共享記憶體段關鍵字（標識符）。第二個參數是size是共享記憶體的大小（單位：位元組）。第三個參數是共享記憶體段的標識模式，明確如何使用共享記憶體段—讀、寫或可讀可寫。
SystemV或Linux系統
#includetypes.h>
#includeshm.h>
intshmget(key_tkey,size_tsize,intshmflg);
第一個參數為key_t類型的key值，由ftok函式產生，它表示一個進程IPC。第三個參數用來標識共享記憶體段的創建標識，包括：
IPC_CREAT:若不存在與key對應的共享記憶體段，就創建。
IPC_EXEL：若與key對應的共享記憶體段已經存在，返回錯誤。
IPC_NOWAIT：不等待直接返回
Linux系統的選項，SHM_R:可讀；SHM_W:可寫。此外，Linux還可以用開打開一個共享記憶體段。
系統調用2.shmat()(SharedMemoryAttach)
shared_memory=(char*)shmat(segment_id,NULL,0)
功能：將共享記憶體加入進程的地址空間。
返回值：共享記憶體段在進程空間的首地址，也稱為實際地址。shared_memory是一個字元指針。當多個進程共享的是計算數組，則它可以是一個結構類型指針，數組作為結構的一個成員。錯誤，返回-1。多個進程使用同一個共享記憶體，在每一個shmat()成功後，shm_nattch計數器值加1。
參數1是共享記憶體標識符，由shmget()函式產生。參數2指定共享記憶體在進程空間中的地址，若為NULL則由作業系統選擇可用地址。參數3是flag，在進程地址空間中的許可權是唯讀還是讀寫方式，應知道flag=0表示非唯讀方式，唯讀方式SHM_RDONLY的值是010000。
一旦共享記憶體段加入到進程地址空間，則進程就可採用從shmat()返回的指針，將共享記憶體作為一般的記憶體訪問。
系統調用3：shmdt()
intshmdt(void*shmaddr)
功能：將共享記憶體從進程地址空間分離。此共享記憶體仍然在作業系統共享記憶體區域，直到用shmctl()特地刪除。
返回值：成功返回0；錯誤，返回-1。shm_nattch計數器值減1。
fork()系統調用對共享記憶體的影響：使用fork創建一個子進程後，該進程繼承EP進程連線的共享記憶體，若調用exit()則進程與所有共享記憶體脫離關係。使用fork()系統調用的程式中，在EP進程中申請和初始化共享記憶體，子進程和EP進程分別連線共享記憶體並且完成不同的任務，然後子進程exit(0)，任務結果由EP進程收集或者列印出來，並且。若子進程用exec()則自動卸載所有複製載入的共享記憶體。
源程式：Linux系統
#includeshm.h>
#include
#include
#include
#includeipc.h>
#include
main()
{
key_tkey;
intshm_id;
char*ptr;
key=ftok(“/”,10);
shm_id=shmget(key,100,IPC_CREAT|SHM_R);//唯讀的共享記憶體
printf(“gettheshmidis%d\n”,shm_id);
if((ptr=(char*)shmat(shm_id,NULL,SHM_RDONLY))==NULL)
{//唯讀方式連線
print(“sharedmemoryfail\n”);
exit(-1);
}
printf(“inyanqzdtheattchaddis%p\n”,ptr);//列印實際地址
printf(“now,attempttowritethememory\n”);
*ptr=’d’;
printf(“*ptr=%c\n”,*ptr);
shmdt(ptr);
}
這個程式在編譯時不能通過，編譯器輸出“段錯誤”。原因是程式試圖寫一個唯讀方式創建的共享記憶體段。只需要將程式中的兩個語句修改為：
shm_id=shmget(key,100,IPC_CREAT);//唯讀的共享記憶體
if((ptr=(char*)shmat(shm_id,NULL,0))==NULL)
則程式能得到正確結果：顯示共享記憶體標識符，顯示共享記憶體在進程中的地址，顯示字元d。
分類
包括全程變數，訊息佇列，設備佇列，作業系統資源，例如：作業系統數據結構，text[]，proc[]等。
硬體資源
進程共享硬體資源是進程互斥的範圍，作業系統的管理方法是哲學家進餐方法。
作業系統為管理進程共享資源的問題，為每一個硬體設備建立等待佇列，等待的進程送到佇列中。對有多個數量的硬體設備，根據設備無關性，進程可分配到需要的資源。對獨享設備，作業系統則用虛擬管理方法，用spooling系統建立設備緩衝區的方法，使獨享設備變成共享。
湯子瀛.計算機作業系統.西安電子科技大學.
楊宗德.Linux高級程式設計.人民郵電出版社
