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  • 共享内存防止读写冲突

    千次阅读 2018-04-11 22:08:26
    共享内存读写冲突问题: 在设计上尽量就是一个写,一个或多个读。那么要解决的问题有两个: 1. 读写同步问题,例如如果写一段数据中就有人来读了,那就是读到了一半旧的一半新的数据,播放帧就是花屏,又例如写...

    共享内存的读写冲突问题:
    在设计上尽量就是一个写,一个或多个读。那么要解决的问题有两个:
    1. 读写同步问题,例如如果写一段数据中就有人来读了,那就是读到了一半旧的一半新的数据,播放帧就是花屏,又例如写结构体,先写帧地址,在写帧长度,那么user就可能读到新的地址和旧的长度导致越界(实际和读写锁一样:写比读优先,写时不允许读写,多个可以同时读)。
    2. 写了之后通知读者有更新。和信号量的一对一不同,我们需要多个读者读同一个资源,因此采用信号或futex通知。

    int futex(int *uaddr, int op, int val, const struct timespec *timeout,
                     int *uaddr2, int val3);

    例如:
    等待参数1地址的值改变(自己知道的现值是参数3),参数2为op。timeout为最多等待的时间,为NULL则不更新就一直阻塞。后两个参数忽略。
    futex(&ptr_bq->latest_seq, FUTEX_WAIT, ptr_bq->latest_seq, timeout, NULL, 0);
    通知参数1地址的值已改变,新的值就是这个地址里的值,参数2为op。它最多环境参数3个数的等待者。后三个参数忽略。
    futex(&ptr_bq->latest_seq, FUTEX_WAKE, CUST_NUM_MAX, NULL, NULL, 0);
    注意,第一个参数也是共享内存里的,当然,对于多进程,由于页表不同,第一个参数的虚拟地址(即进程中看到的地址)不同,但物理地址相同的,所以没关系。

    –共享内存同步要注意什么–
    使用共享内存的时候,除了设计上减少同步,还有别的要注意么?
    1,创建任何东西先带着CREAT | EXCL去创建,失败了则直接打开,这是原子性必备的。
    2,共享内存初始化之前如何同步?即如何保证创建chm的进程对共享内存初始化好了,其他进程才能够shmget? 设置mode的x位(用shmctl设置IPC_STAT,因为x位未使用)后开始初始化共享内存,结束后取消x位,任何进程打开共享内存后stat轮询检查x位(用shmctl获取IPC_STAT)是否复位,复位后才可以开始操作。
    3,进程共享的mutex, cond,你应该都会用,不会用看书或者man pthread.h找接口。
    4,共享内存可以做成chunk list内存块链表,一般用于在共享内存中建立树型数据结构,或者建死的多级hash表,或者循环队列,都是可以做的。

    进程间共享的mutex和cond,可实现共享内存的读写互斥:

    int   pthread_condattr_setpshared(pthread_condattr_t *, int);
    int   pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *, int);

    例如(随便找的例子):
    void my_lock_init(char *pathname)
    {
    int fd;
    pthread_mutexattr_t mattr;
    fd=open(“/dev/zero”, O_RDWR, 0);
    mptr=mmap(0, sizeof(pthread_mutex_t), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    close(fd);
    pthread_mutexattr_init(&mattr);
    pthread_mutexattr_setpshared(&mattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
    pthread_mutex_init(mptr, &mattr);
    }

    一个进程里的多线程就好办多了,互斥直接用pthread_mutex_lock,对于整数变量的访问可以通过__sync_add_and_fetch来无锁编程。

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  • //先判断是否 存在共享内存 if(this->memory->isAttached() ) //如果被连接 返回1 { // this->memory->detach(); //断开连接 if (!memory->detach()) qDebug() ; } QString filename = QFileDialog::...
  • GPU 共享内存bank冲突(shared memory bank conflicts) 时间 2016-11-05 21:47:58 FindSpace 原文 http://www.findspace.name/easycoding/1784 主题 共享内存 Introduction本文总结了GPU上共享内存的bank ...

    GPU 共享内存bank冲突(shared memory bank conflicts)
    时间 2016-11-05 21:47:58 FindSpace
    原文
    http://www.findspace.name/easycoding/1784
    主题 共享内存
    Introduction

    本文总结了GPU上共享内存的bank conflicts。主要翻译自Reference和简单解释了课件内容。
    共享内存(Shared Memory)

    因为shared mempory是片上的( Cache级别 ),所以比局部内存(local memory)和全局内存(global memory)快很多,实际上,shared memory的延迟要比没有缓存的全局内存延迟小100倍(如果线程之间没有bank conflicts的话)。在同一个block的线程共享一块shared memory。线程可以访问同一个block内的其他线程让shared memory从全局内存加载的数据。这个功能(结合线程同步,thread synchronization)有很多作用,比如实现用户管理的数据cache,高性能的并行协作算法(比如并行规约,parallel reduction)等。
    什么是bank

    bank是一种划分方式。在cpu中,访存是访问某个地址,获得地址上的数据,但是在这里,是一次性访问banks数量的地址,获得这些地址上的所有数据,并逻辑映射到不同的bank上。类似内存读取的控制。
    共享内存bank conflicts

    为了实现内存高带宽的同时访问,shared memory被划分成了可以同时访问的等大小内存块(banks)。因此,内存读写n个地址的行为则可以以b个独立的bank同时操作的方式进行,这样有效带宽就提高到了一个bank的b倍。

    然而,如果多个线程请求的内存地址被映射到了同一个bank上,那么这些请求就变成了串行的(serialized)。硬件将把这些请求分成x个没有冲突的请求序列,带宽就降成了原来的x分之一。但是如果一个warp内的所有线程都访问同一个内存地址的话,会产生一次广播(boardcast),这些请求会一次完成。计算能力2.0及以上的设备也具有组播(multicast)能力,可以同时响应同一个warp内访问同一个内存地址的部分线程的请求。

    为了最小化bank conflicts,理解内存地址是如何映射到banks是很重要的。shared memory 中连续的32位字被分配到连续的banks,每个clock cycle每个bank的带宽是32bits。

    计算能力1.x的设备上warpsize=32,bank数量是16.一个warp的共享内存请求被分成两个,一个是前半个warp,一个是后半个warp的请求。

    计算能力2.0的设备,warpsize=32,bank的数量也是32.这样内存请求就不再划分成前后两个。

    计算能力3.x的设备bank的大小可以自定义配置了, cudaDeviceSetSharedMemConfig() 配置成 cudaSharedMemBankSizeFourByte 四个字节或者 cudaSharedMemBankSizeEightByte 。设置成8字节可以有效避免双精度数据的bank conflicts。
    样例 1

    假设warpsize为8,bank数量为8.

    原始代码:

    __global__ void reduce0(int *g_idata, int *g_odata) {
    extern __shared__ int sdata[];
        // each thread loads one element from global to shared mem
        unsigned int tid = threadIdx.x;
        unsigned int i = blockIdx.x*blockDim.x + threadIdx.x;
        sdata[tid] = g_idata[i];
        __syncthreads();
        // do reduction in shared mem
        for(unsigned int s = 1; s < blockDim.x; s *= 2){
            int index = 2*s*tid;
            if(index < blockDim.x){
                sdata[index] += sdata[index + s];
        }
        __syncthreads();
        // write result for this block to global mem
        if (tid == 0) g_odata[blockIdx.x] = sdata[0];
    }

    这里写图片描述

    sdata是定义在shared memory上的数组。

    s = 1时,所有的线程都执行一次for循环内的语句,那么线程4访问的sdata[8]和sdata[9]映射到了bank[0]和bank[1],而本身线程0访问的地址就被映射到了bank[0]和bank[1],从而导致同一个warp里的线程访问的地址映射到了同样的bank,不得不串行处理,出现了bank conflicts。

    改为:

    for (unsigned int s = blockDim.x/2; s > 0; s >>= 1){
        if (tid < s){
            sdata[tid] += sdata[tid + s];
        }
        __syncthreads();
    }

    这里写图片描述
    由于在一个循环里访问了两次sdata,所以不得不分成两次访问,但是每次访问所有的线程访问地址都映射在了8个bank内,且没有冲突,因此达到了最高带宽。
    实验结果
    这里写图片描述
    样例2

    warp size = 32, banks = 16,(计算能力1.x的设备)数据映射关系如下:
    这里写图片描述
    这里写图片描述
    以2-way bank conflicts为例,s = 2时,16个线程threadIdx.x 从0-15,base = 0假设,则访问顺序如图所示,thread 0 访问shared[0],thread1访问shared[2]..而thread8访问的数据地址是shared[16],但是由于index到15,所以映射到了bank0上,而thread8-15和thread0-7都是同一个warp里的线程,但是由于一个bank同时只能喂给一个thread,因此访问需要变成串行,即thread0-7先访问一次,再thread8-15访问。

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  • 进程同步(读写共享内存

    千次阅读 2014-09-14 09:23:30
     进程同步(读写共享内存
    

    进程同步(读写共享内存)

    一、简介

           本文展示了如何使用Win32事件来解决多个读、写线程的同步问题。在编译了源码之后,你会得到作为读、写共享内存而存在的控制台应用程序。同时可以执行多个程序用于测试。但是某一时刻只允许一个程序执行写操作。如果某一个写操作在执行,那么其他读、写程序都会被阻塞。然而,多个读操作可以同时运行。如果读操作正在执行,那么写操作只有在所有读操作完成之后才能处理。这种同步机制确保了读写操作正确同步、避免任意时刻的数据冲突。

    二、源码分析

           源码中包含了读写操作使用的共享内存,使用事件机制来实现同步功能。

    下面是初始化事件和共享内存的代码:

    //初始化事件对象和共享内存对象
    bool Initialize()
    {
    	char szBuffer[32];
    	for(int i=0; i<MAX_READ_PROCESSES_ALLOWED; i++)
    	{
    		sprintf_s(szBuffer, "Reader_%d", i);
    		//创建读事件
    		g_hReadEvent[i] = CreateEvent(NULL, false, true, szBuffer);
    		if(NULL == g_hReadEvent[i])
    			return false;
    	}
    
    	//创建写事件 
    	g_hWriteEvent = CreateEvent(NULL, false, true, g_szWriteName);
    	if(NULL == g_hWriteEvent)
    		return false;
    
    	//创建共享内存缓冲区
    	g_hShareMemory = CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE, 
    		NULL, PAGE_READWRITE, 0, MAX_SHARE_MEM_SIZE, g_szShareMemoryName);
    
    	if(NULL==g_hShareMemory || INVALID_HANDLE_VALUE==g_hShareMemory)
    	{
    		printf("Error occured shile creating file mapping object\n");
    		return false;
    	}
    
    	g_pBuffer = (LPTSTR)MapViewOfFile(g_hShareMemory, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, MAX_SHARE_MEM_SIZE);
    	if(NULL == g_pBuffer)
    	{
    		printf("Error occured while mapping view of the file\n");
    		return false;
    	}
    
    	return true;
    }

    void ReadAndPrint()
    {
    	printf("从共享内存中读取数据并打印...\n");
    	//等待所有的写操作结束,数据已经同步
    	bool bContinue = true;
    	while(bContinue)
    	{
    		printf("等待写操作完成...、\n");
    		DWORD dwWaitResult = WaitForSingleObject(g_hWriteEvent, INFINITE);
    		if(WAIT_OBJECT_0 == dwWaitResult)
    		{
    			bool bEventFount = false;
    			for(int i=0; i<MAX_READ_PROCESSES_ALLOWED; i++)
    			{
    				DWORD dwWaitResult = WaitForSingleObject(g_hReadEvent, WAIT_TIMEOUT);
    				if(WAIT_OBJECT_0 == dwWaitResult)
    				{
    					bEventFount = true;
    					printf("设置写事件...\n");
    					SetEvent(g_hWriteEvent);
    					//读共享内存
    					printf("共享内存中内容是:%s\n", g_pBuffer);
    					printf("设置读事件...\n");
    					SetEvent(g_hReadEvent[i]);
    
    					bContinue = false;
    					break;
    				}
    				else
    				{
    					continue;
    				}
    			}
    		}
    		else
    		{
    			printf("等待出错:%d\n", GetLastError());
    		}
    	}
    }
    

    //写函数使用事件来同步
    void WriteAndPrint()
    {
    	printf("写人并输出共享内存数据...\n");
    	printf("等待写操作结束...\n");
    
    	if(WAIT_OBJECT_0 == WaitForSingleObject(g_hWriteEvent, INFINITE))
    	{
    		printf("等待所有读操作结束...\n");
    		DWORD dwWaitResult = WaitForMultipleObjects(MAX_READ_PROCESSES_ALLOWED, 
    			g_hReadEvent, TRUE, INFINITE);
    
    		if(WAIT_OBJECT_0 == dwWaitResult)
    		{
    			printf("输入字符串:(不要空格):");
    			printf("%s", g_pBuffer);
    			printf("共享内存数据:%s", g_pBuffer);
    		}
    		else
    		{
    			printf("等待出错:%d", GetLastError());
    		}
    
    		printf("设置写事件...\n");
    		SetEvent(g_hWriteEvent);
    		printf("设置读事件...\n");
    		for(int i=0; i<MAX_READ_PROCESSES_ALLOWED; i++)
    		{
    			SetEvent(g_hReadEvent[i]);
    		}
    	}
    	else
    	{
    		printf("deng\n");
    	}
    }

    void DdeInitialize()
    {
    	for(int i=0; i< MAX_READ_PROCESSES_ALLOWED; i++)
    	{
    		CloseHandle(g_hReadEvent[i]);
    	}
    
    	CloseHandle(g_hWriteEvent);
    	UnmapViewOfFile(g_pBuffer);
    	CloseHandle(g_hShareMemory);
    }

    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	if (Initialize())
         {
              ...
         }
         else
         {
             ...
         }
         
         bool bContinue = true;
         
         while(bContinue)
         {
              DisplayOptions();
              bContinue = RecvAndProcessOption();
         }
         
         DeInitialize();
         
         return 0; //success
    }
    


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  • 程序要求:  创建一个写端和一个读端,写端写入数据后读端才开始读,读端读完数据后,写端才可以开始写,这样的同步采用信号机制实现,并且写端与读端打开顺序不同也能实现功能; 程序如下: ...

    程序要求:

         创建一个写端和一个读端,写端写入数据后读端才开始读,读端读完数据后,写端才可以开始写,这样的同步采用信号机制实现,并且写端与读端打开顺序不同也能实现功能;

    程序如下:

    (1)write.c(写端)

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/shm.h>
    #include <errno.h>
    #include "sem.h"
    
    typedef struct
    {
        char buf[1024];
    }memory;
    
    int main(int argc, const char *argv[])
    {
        key_t key;
        memory *p = NULL;
        int shmid;
        int create_flag = 0;
        int sem_id;
    
        if ((key = ftok(".", 'a')) < 0)
        {
            perror("failed to get key");
            exit(-1);
        }
    
        if ((sem_id = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)
        {
            if (errno == EEXIST)
            {
                if ((sem_id = semget(key, 1, 0666)) < 0)
                {
                    perror("failed to semget");
                    exit(-1);
                }
            }
        }
    
        init_sem(sem_id, 0);
    
        if ((shmid = shmget(key, sizeof(memory), 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)
        {
            if (errno == EEXIST)
            {       
                if ((shmid = shmget(key, sizeof(memory), 0666)) < 0)
                {
                    perror("failed to shmget memory");
                    exit(-1);
                }
            }
            else
            {
                perror("failed to shmget");
                exit(-1);
            }
        }
        else 
            create_flag = 1;
    
        if ((p = shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *)(-1))
        {
            perror("failed to shmat memory");
            exit(-1);
        }
    
        while(1)
        {
            printf(">");
            fgets(p->buf, sizeof(p->buf), stdin);
            p->buf[strlen(p->buf) - 1] = 0;
    
            sem_v(sem_id);
    
            if (strncmp(p->buf, "quit", 4) == 0)
                break;
        }
    
        if (create_flag == 1)
        {
            if (shmdt(p) < 0)
            {
                perror("failed to shmdt memory");
                exit(-1);
            }
    
            if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1)
            {   
                perror("failed to delete share memory");
                exit(-1);
            }
    
            delete_sem(sem_id);
        }
    
        return 0;
    }
    
    (2)read.c(读端)

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/shm.h>
    #include <errno.h>
    #include "sem.h"
    
    typedef struct
    {
        char buf[1024];
    }memory;
    
    int main(int argc, const char *argv[])
    {
        key_t key;
        int shmid;
        memory *p = NULL;
        int create_flag = 0;
        int sem_id;
    
        if ((key = ftok(".", 'a')) < 0)
        {
            perror("failed to get key");
            exit(-1);
        }
    
        if ((sem_id = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)
        {
            if (errno == EEXIST)
            {
                if ((sem_id = semget(key, 1, 0666)) < 0)
                {
                    perror("failed to semget");
                    exit(-1);
                }
            }
        }
    
        init_sem(sem_id, 0);
    
        if ((shmid = shmget(key, sizeof(memory), 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL)) < 0)
        {
            if (errno == EEXIST)
            {
                if ((shmid = shmget(key, sizeof(memory), 0666)) < 0)
                {
                    perror("failed to create share memory");
                    exit(-1);
                }
            }
            else
            {
                perror("failed to shmget");
                exit(-1);
            }
        }
        else
            create_flag = 1;
    
        if ((p = shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *)(-1))
        {
            perror("failed to shmat");
            exit(-1);
        }
        
        while(1)
        {
            sem_p(sem_id);
    
            if (strncmp(p->buf, "quit", 4) == 0)
                break;
    
            printf("recv: %s\n", p->buf);
    
        }
    
        if (create_flag == 1)
        {
            if (shmdt(p) < 0)
            {
                perror("failed to shmdt");
                exit(-1);
            }
    
            if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1)
            {
                perror("failed to delete share memory");
                exit(-1);
            }
    
            delete_sem(sem_id);
        }
    
        return 0;
    }
    

    关于封装信号量函数的头文件:

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/sem.h>
    #include <unistd.h>
    
    void init_sem(int , int );
    void delete_sem(int );
    void sem_p(int );
    void sem_v(int );
    
    union semun
    {
        int val;
        struct semid_ds *buf;
        unsigned short *array;
    };
    
    void init_sem(int sem_id, int init_value)
    {
        union semun sem_union;
    
        sem_union.val = init_value;
    
        if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, sem_union) < 0)
        {
            perror("failed to init_sem");
            exit(-1);
        }
    
        return ;
    }
    
    void delete_sem(int sem_id)
    {
        union semun sem_union;
    
        if (semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, sem_union) < 0)
        {
            perror("failed to delete_sem");
            exit(-1);
        }
    
        return ;
    }
    
    void sem_p(int sem_id)
    {
        struct sembuf sem_b;
    
        sem_b.sem_num = 0;
        sem_b.sem_op = -1;
        sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if (semop(sem_id, &sem_b, 1) < 0)
        {
            perror("failed to sem_p");
            exit(-1);
        }
    
        return;
    }
    
    void sem_v(int sem_id)
    {
        struct sembuf sem_b;
    
        sem_b.sem_num = 0;
        sem_b.sem_op = 1;
        sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
    
        if (semop(sem_id, &sem_b, 1) < 0)
        {
            perror("failed to sem_v");
            exit(-1);
        }
    
        return ;
    }
    
    展开全文
  • 共享内存加锁互斥访问

    万次阅读 2017-03-07 00:22:28
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    LINUX共享内存使用常见陷阱与分析 October 25, 20112 Comments 所谓共享内存就是使得多个进程可以访问同一块内存空间,是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制,...
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  • 5共享内存最快的通讯方式  采用共享内存通信的一个显而易见的好处是效率高,因为进程可以直接读写内存,...实际上,进程之间在共享内存时,并不总是读写少量数据后就解除映射,有新的通信时,再重新建立共享内存区域

空空如也

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共享内存读写冲突