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共享内存在内存数据库系统中的应用

摘要共享内存是进程间通信的重要手段之一,并在实际中得到了广泛应用。

本文将介绍不共享内存的原理和内存数据库的相关概念,并用内存数据库给出共

享内存的应用实例。

关键词共享内存;内存数据库;进程通信

引言

计算机硬件的快速发展带来了多核技术,这使得并行编程真正得以实现。为

了使并行编程模型中的各进程相互协作,目前有如下几种技术:信号量、消息队列、

共享内存和socket。信号量是初始值非负的整数值,在信号量上的操作只有两种:

加和减。在操作中要保证信号量一直非负。消息队列是一个消息链表,具有添加

消息权限的进程可以向其添加消息,有获取消息权限的进程可以从其中取得消

息。由于消息队列比信号量的信息更为丰富,所以可以用于更复杂的情况。共享

内存技术则是开辟一块特殊内存区域,使得不同进程可以共享这块内存进行读写

操作。其优势在于通过共享内存进程间可以交换大批量数据。Socket编程是不同

机器进程间通信的基本方法,当然也可用于同一机器的进程间通信。

1共事内存的原理

在多任务操作系统中,进程的地址空间是相对独立的,相互并不影响,就是说

相同的一个地址,在不同的进程中,对应有不同的数据。这样每个进程的地址空间

就变大了,而且安全性也提高了。进程的地址空间是虚拟的地址空间,在读写内存

时,需要内存管理单元(MMU)将虚拟内存映射到实际的物理内存。但是,当进程间

需要交换大量数据时,需要多个进程使用同一块物理内存,而不是每个进程都保留

共享数据的一个拷贝。这个功能的实现是通过将不同进程的虚拟内存页映射到同

一个实际内存页上。不同的操作系统提供了不同的API函数实现共享内存的操

作。在linux下主要有有两个函数:

Void’mmap(void*start,size_tlength,impmt,intflags,intfd,off_toffset);

Intmunmap(vold*start,size_tlensth)

其中,mmap函数用于创建共享内存,munmap则是取消共享内存的映射。在

windows下创建共享内存、解除内存映射则分别用CreateFileMapping和

UnrrmpViewOfFile函数[4]。在,netframework下,没有API用于内存映射,所以,需

要在,net代码中调用以上所列c函数,完成内存映射。

2内存数据库介绍

内存数据库就是将数据放入内存中直接操作的数据库,与传统的数据库有很

大不同,主要在于传统数据库的数据主要存在硬盘上,而内存数据库的数据主要存

放于内存中。因为硬盘的i0读写速度远慢于cpu和内存读写,因此,传统数据库在

读写方面的主要研究点在于尽量减少硬盘的读写次数,而内存数据库的主要研究

点在于快速算法、并行操作等保证实时陛数据存取方面。

3共事内存在内存数据库系统中的应用实例

内存数据库用多进程保证并行操作,这便需要这多个进程共享内存中的数

据。而数据库数据通常是庞大的,因此共享内存在内存数据库中有很好的应用价

值。在内存数据库中应用共享内存进行数据的加载与共享操作如图1所示。

内存数据库的数据仍然要存储于硬盘上,实例所用数据均存储于一个文件内,

文件格式则是程序中既定的。在启动数据库时,整个文件将被加藏到内存中。加

载结束后,后台读写进程启动。每个进程启动后,都将用共享内存映射函数将进程

地址映射到内存数据库的数据地址。这样,这些进程将同时操作一块内存,而不是

每个进程都有一个数据拷贝。至于读写的同步问题。数据文件中设置有一个位图,

用来监控内存中数据的可用信息。当进程需要读写内存数据时,首先将查看位图,

以我出数据可用与否的信息,然后再进行真实读取。位图信息的同步则通过信号

量来控制。

4结论

内存数据库因为其实时性被用于嵌入式系统、电信计费、股票交易等行业领

域,并取得了良好的效果。内存数据库的概念出现在20世纪90年代,目前已经有

较为成熟的内存数据库产品产生,如oracle的TimesTen。但是商业内存数据库的

价格昂贵,而且内存数据库技术仍在发展阶段。因此,进行内存数据库的研究和探

索还是很有意义的。