Ein gemeinsamer Speicher ist eine Methode der Kommunikation zwischen zwei oder mehr Prozessen, die es ihnen ermöglicht, Daten über einen gemeinsamen Speicherbereich auszutauschen. Es ist eine der effizientesten Möglichkeiten der Kommunikation zwischen Prozessen, da die Prozesse direkt auf das gemeinsame Speichersegment zugreifen können, anstatt die Daten in verschiedene Speicherbereiche zu kopieren.
Der gemeinsame Speicher ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine häufige Kommunikation zwischen Prozessen erfordern, und ist besonders nützlich für Hochleistungsrechner und verteilte Systeme. Er ermöglicht es Prozessen, schnell auf Daten zuzugreifen, ohne sie kopieren oder verschieben zu müssen. Dies macht ihn zu einer guten Wahl für Anwendungen, die Geschwindigkeit und Effizienz erfordern.
Es gibt zwei Arten von gemeinsamem Speicher: System V Shared Memory und POSIX Shared Memory. System V ist der traditionelle gemeinsame Speicher, der in Unix-basierten Systemen verwendet wird, während POSIX die neuere Variante ist, die in modernen Betriebssystemen weiter verbreitet ist. Beide Arten von gemeinsamem Speicher bieten ähnliche Funktionen, unterscheiden sich aber in Bezug auf die Syntax und die Implementierung.
Um ein gemeinsames Speichersegment zu erstellen, müssen sich die Prozesse auf einen Schlüssel einigen, den sie zur Identifizierung des gemeinsamen Speichersegments verwenden werden. Sobald der Schlüssel vereinbart ist, können die Prozesse Systemaufrufe verwenden, um ein gemeinsames Speichersegment mit diesem Schlüssel zu erstellen. Nachdem das gemeinsame Speichersegment erstellt wurde, können die Prozesse den Schlüssel verwenden, um auf das gemeinsame Speichersegment zuzugreifen.
Nachdem das gemeinsame Speichersegment erstellt wurde, können Prozesse entweder die System V- oder POSIX-Systemaufrufe verwenden, um auf das gemeinsame Speichersegment zuzugreifen. System V bietet eine Reihe von Funktionen, die es Prozessen ermöglichen, Speicher zuzuordnen, aus dem Speicher zu lesen und in den Speicher zu schreiben. POSIX bietet eine einzige Funktion, mmap, die alle diese Aufgaben übernehmen kann.
Um sicherzustellen, dass alle Prozesse korrekt auf den gemeinsamen Speicher zugreifen können, ist eine Synchronisierung erforderlich. Dies kann mit Hilfe von Semaphoren oder Sperren geschehen, die sicherstellen, dass nur ein Prozess zu einem bestimmten Zeitpunkt auf den gemeinsamen Speicher zugreifen kann.
Gemeinsame Speichersegmente müssen auch korrekt verwaltet werden. Dazu gehören das Zuweisen und Freigeben von Speicher sowie die Sicherstellung, dass der Speicher nicht durch Prozesse beschädigt wird, die auf dieselbe Speicherstelle schreiben.
Bei der Verwendung von gemeinsamem Speicher ist die Leistung ein wichtiger Aspekt. Um die Leistung des Systems hoch zu halten, ist es wichtig, die Zeit, die für das Kopieren von Daten zwischen Prozessen aufgewendet wird, zu minimieren und sicherzustellen, dass die Menge des gemeinsam genutzten Speichers so gering wie möglich gehalten wird.
Bei der Verwendung von gemeinsamem Speicher ist es wichtig, die Auswirkungen auf die Sicherheit zu berücksichtigen, wenn mehrere Prozesse auf denselben Speicherplatz zugreifen können. Es muss sichergestellt werden, dass die Prozesse ordnungsgemäß authentifiziert sind und dass alle im gemeinsam genutzten Speicher gespeicherten Daten verschlüsselt sind, so dass nicht autorisierte Prozesse darauf zugreifen können.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der gemeinsame Speicher ein leistungsfähiges Werkzeug für die Kommunikation zwischen Prozessen ist, das einen effizienten Zugriff auf Daten bietet und es mehreren Prozessen ermöglicht, auf denselben Speicherplatz zuzugreifen. Es ist wichtig zu verstehen, wie gemeinsamer Speicher funktioniert, welche Vorteile er bietet, wie man ihn erstellt und darauf zugreift und welche Auswirkungen die gemeinsame Nutzung von Speicher durch Prozesse auf Leistung und Sicherheit hat.
Threads sind unabhängige Ausführungspfade innerhalb eines Prozesses. Gemeinsamer Speicher ist ein Bereich des Adressraums eines Prozesses, auf den andere Prozesse zugreifen können.
Die drei Arten von Shared-Memory-Organisationen sind bus-basiert, crossbar-basiert und switch-basiert.
In einem busbasierten System sind alle Prozessoren an einen gemeinsamen Bus angeschlossen. Dieser Bus wird für die Datenübertragung zwischen den Prozessoren verwendet.
In einem Crossbar-basierten System ist jeder Prozessor mit einem zentralen Crossbar-Switch verbunden. Über diesen Switch werden die Daten zwischen den Prozessoren weitergeleitet.
In einem Switch-basierten System ist jeder Prozessor mit einer Switching-Fabric verbunden. Über diese Fabric werden die Daten zwischen den Prozessoren weitergeleitet.
Es gibt drei Arten von Speicher in einem Computer:
1. Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM)
2. Nur-Lese-Speicher (ROM)
3. Cache-Speicher
Es gibt zwei Arten von Speicher in einem Computer: RAM und ROM.
RAM (Random Access Memory, Speicher mit wahlfreiem Zugriff) ist die Art von Speicher, die zum Speichern von Daten verwendet wird, auf die zufällig zugegriffen werden kann. Das bedeutet, dass auf jedes Datenelement zugegriffen werden kann, ohne auf die Daten davor oder danach zugreifen zu müssen. RAM wird verwendet, um Daten zu speichern, die gerade vom Computer verwendet werden.
ROM (Read Only Memory) ist der Speichertyp, der zum Speichern von Daten verwendet wird, auf die nur linear zugegriffen werden kann. Das bedeutet, dass der Zugriff auf die Daten in der Reihenfolge erfolgen muss, in der sie gespeichert sind. ROM wird verwendet, um Daten zu speichern, die derzeit nicht vom Computer verwendet werden, z. B. das Betriebssystem des Computers.
Die vier Arten der Speicherverwaltung sind:
1. Speicherverwaltung durch Hardware: Bei dieser Art der Speicherverwaltung werden Hardwaregeräte zur Verwaltung des Speichers eingesetzt. Dazu gehören Geräte wie Memory Management Units (MMUs) und Cache-Controller.
2. Speicherverwaltung durch Software: Bei dieser Art der Speicherverwaltung werden Software-Algorithmen zur Verwaltung des Speichers eingesetzt. Dazu gehören Softwarebibliotheken und Tools wie malloc und free.
3. Speicherverwaltung durch Virtualisierung: Bei dieser Art der Speicherverwaltung wird die Virtualisierungstechnologie zur Verwaltung des Speichers eingesetzt. Dazu gehört die Verwendung von virtuellen Maschinen und Containern.
4. Speicherverwaltung durch hybride Ansätze: Bei dieser Art der Speicherverwaltung wird eine Kombination aus Hardware und Software zur Verwaltung des Speichers verwendet. Dabei werden sowohl MMUs als auch Softwarebibliotheken verwendet.