Shared Memory

공유 메모리(Shared Memory)

공유 메모리(Shared Memory)는 운영체제의 프로세스 간 통신(IPC) 기법 중 하나로, 여러 프로세스가 동시에 접근할 수 있는 메모리 영역이며, 커널에 의해 생성되고 관리되는 공통 메모리 공간이다.
이는 여러 프로세스가 동일한 물리적 메모리 영역에 접근할 수 있게 해주며, IPC 메커니즘 중에서 가장 빠른 통신 방법을 제공한다.

작동 원리

프로세스가 커널에 공유 메모리 할당을 요청
커널이 해당 프로세스에 메모리 공간을 할당
이후 다른 프로세스들도 해당 메모리 영역에 접근 가능

공유 메모리의 생성과 관리

공유 메모리를 사용하는 일반적인 단계는 다음과 같다:

공유 메모리 세그먼트 생성
공유 메모리 접근 및 데이터 교환

장점

높은 성능: 커널의 개입 없이 직접 메모리에 접근하여 빠른 IPC 가능
효율성: 불필요한 데이터 복사를 방지하여 오버헤드 감소
유연성: 프로그램 레벨에서 자유로운 통신 가능

주의사항

동기화 이슈: 여러 프로세스가 동시에 접근할 수 있어 데이터 일관성 문제 발생 가능
세마포어 등의 동기화 메커니즘과 함께 사용 필요

공유 메모리의 동기화

여러 프로세스가 동시에 공유 메모리에 접근할 때 발생할 수 있는 문제를 해결하기 위해 동기화가 필요하다:

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
import threading

class SynchronizedSharedMemory:
    def __init__(self):
        self.lock = threading.Lock()
        self.shared_memory = self.create_shared_memory(1024)
    
    def safe_write(self, data):
        """동기화된 쓰기 연산"""
        with self.lock:
            self.write_to_shared_memory(self.shared_memory, data)
    
    def safe_read(self, size):
        """동기화된 읽기 연산"""
        with self.lock:
            return self.read_from_shared_memory(self.shared_memory, size)

실제 활용 예시

데이터베이스 캐싱:

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
class SharedCache:
    def __init__(self, size=1024*1024):  # 1MB 캐시
        self.shared_memory = mmap.mmap(-1, size)
        self.index = {}  # 캐시 인덱스

    def cache_data(self, key, value):
        """데이터를 캐시에 저장"""
        position = len(self.shared_memory.read())
        self.shared_memory.write(value.encode())
        self.index[key] = (position, len(value))

    def get_cached_data(self, key):
        """캐시된 데이터 조회"""
        if key in self.index:
            position, length = self.index[key]
            self.shared_memory.seek(position)
            return self.shared_memory.read(length).decode()
        return None

실시간 데이터 처리:

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
class RealTimeDataProcessor:
    def __init__(self):
        self.shared_buffer = self.create_shared_memory(1024*1024)
        self.write_position = 0
        self.read_position = 0

    def process_data_stream(self, data):
        """실시간 데이터 스트림 처리"""
        # 데이터 쓰기
        self.write_to_buffer(data)

        # 다른 프로세스에서 데이터 처리
        processed_data = self.read_from_buffer()
        return processed_data

구현

공유 메모리 생성 및 접근을 위한 시스템 콜 사용 (예: shmget, shmat)
프로세스 간 공유 메모리 식별자를 통한 접근

공유 메모리(Shared Memory)#

작동 원리#

공유 메모리의 생성과 관리#

장점#

주의사항#

공유 메모리의 동기화#

실제 활용 예시#

구현#

참고 및 출처#