Что такое разделяемая память и для чего она нужна?

Разделяемая память (Shared Memory) — это механизм inter-process communication (IPC), позволяющий нескольким процессам совместно использовать одну и ту же область оперативной памяти.

Принцип работы:

• Один процесс создает или получает доступ к существующему сегменту разделяемой памяти.
• Другие процессы также могут подключиться к этому сегменту.
• Данные, записанные одним процессом в сегмент, становятся немедленно доступны другим процессам, подключенным к нему.

Преимущества:

• Высокая производительность: Обмен данными происходит напрямую через память без необходимости копирования данных через ядро операционной системы (в отличие от, например, пайпов или сокетов). Это делает ее самым быстрым механизмом IPC.
• Простота: После получения доступа к сегменту, работа с данными происходит как с обычным участком памяти.

Недостатки:

• Сложность синхронизации: Необходимо реализовать механизмы синхронизации (например, мьютексы или семафоры) для предотвращения состояния гонки при одновременном доступе к данным несколькими процессами.
• Управление памятью: Процессам необходимо договориться между собой о структуре данных, которые будут храниться в разделяемой памяти, и управлять ее размером и освобождением.

Применение:

• Высокопроизводительный обмен данными: В системах, где требуется очень быстрый обмен большими объемами данных между процессами (например, в базах данных, графических подсистемах).
• Координация процессов: Использование разделяемой памяти для хранения общей информации или состояния, доступного многим процессам.
• Общие структуры данных: Реализация общих очередей, буферов или других структур данных, к которым имеют доступ несколько процессов.

Пример использования (псевдокод):

// Процесс 1 (писатель)
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <iostream>

int main() {
    key_t key = ftok("shmfile", 65); // Генерируем ключ
    int shmid = shmget(key, 1024, 0666|IPC_CREAT); // Создаем сегмент
    char *str = (char*) shmat(shmid,(void*)0,0); // Подключаем сегмент

    std::cout << "Введите данные для записи: ";
    fgets(str, 1024, stdin);

    std::cout << "Данные записаны в разделяемую память: " << str << std::endl;

    shmdt(str); // Отключаем сегмент
    // shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL); // Удаляем сегмент (обычно вызывается после использования)

    return 0;
}

// Процесс 2 (читатель)
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <iostream>

int main() {
    key_t key = ftok("shmfile", 65); // Получаем тот же ключ
    int shmid = shmget(key, 1024, 0666); // Получаем доступ к существующему сегменту
    char *str = (char*) shmat(shmid,(void*)0,0); // Подключаем сегмент

    std::cout << "Данные, прочитанные из разделяемой памяти: " << str << std::endl;

    shmdt(str); // Отключаем сегмент

    return 0;
}

Необходимо компилировать и запускать эти программы отдельно, чтобы продемонстрировать взаимодействие между процессами через разделяемую память.