通过使用mmap()在进程之间共享内存

Question

我正在使用Linux 2.6。我有一个环境，其中有两个进程通过共享内存模拟数据交换，以简单的消息传递模式实现。

我有一个客户端进程（由父进程（即服务器）fork出），它将一个结构体（消息）写入到创建的内存映射区域中（在fork之后）： message *m = mmap(NULL, sizeof(message), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) 这个指针然后被写入到另一个共享内存区域（以链表形式）的队列中，该区域是服务器和客户端进程共用的（因为它是在fork之前使用相同的代码创建的）。然后服务器读取这个区域并获得指向消息的指针，对其进行处理。

问题是*m是在fork()之后创建的，当服务器进程尝试访问指向的内存位置时，会出现分段错误。是否可能在客户端创建它后，在POST forking时将那个内存区域附加到服务器？

注意：我不想在fork之前将指向消息的指针mmap（然后与服务器共享），因为我通常不知道客户端要发送给服务器多少条消息，并且可能会有多个客户端进程，因此我想在客户端需要发送消息时创建一个新的共享内存块，并在服务器接收到该消息后取消映射它。

注意：这是为了学术目的：我知道这不是解决此问题的最佳方法，但我只需要遵循这条路径。

提前感谢！

- Andrea Sprega

Answer 1

在客户端创建内存区域后，是否有可能在服务器POST分叉之后将该内存区域附加到服务器上？

使用“MAP_ANONYMOUS | MAP_SHARED”映射的内存只能被执行“mmap()”调用或其子进程访问。无法通过其他进程映射相同的内存，因为该内存是匿名的，无法从其他位置引用。

使用“shm_open()”调用可以创建可以被不相关进程引用和映射的命名共享内存。

- Maxim Egorushkin

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谢谢！我使用了shm_open()，然后使用给定的fd进行了mmap()，这在一定程度上解决了问题。在使用rename()重命名我提供给shm_open()的“tag”字符串之后，是否可以重新命名？我尝试过这样做，但是当我尝试使用重命名后的标签从另一个进程中使用shm_open()时，会出现运行时“总线错误”。注意：我注意到在/sys/shm/中，已经存在重命名的文件，因此似乎重命名成功了。 - Andrea Sprega

谢谢你的留言。你有没有任何线索，为什么重命名会导致总线错误，如果我尝试访问共享内存区域的话？ - Andrea Sprega

shm_open() 会导致 SIGBUS 吗？ - Maxim Egorushkin

是的。客户端进程执行shm_open()，mmap()，然后重命名“文件”。然后服务器再次使用shm_open()（带有重命名标签），我在终端中收到总线错误，我认为这对应于SIGBUS。 - Andrea Sprega

/dev/shm或shm_open具有默认的配额限制，为物理内存大小的一半。您可以在最初使用shm_open和mmap时打开更大的内存空间，但是当您超出限制写入或其他人也使用/dev/shm或shm_open以至于剩余空间为零时，您的程序将直接收到SIGBUS信号。 - jclin

Answer 2

针对2018年及以后的读者，解决方案是使用memfd_create创建一个匿名文件，并使用unix套接字将此文件句柄传递给其他进程。

memfd_create仅适用于Linux系统调用。

- Lothar

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自2019年起，它不再是仅适用于Linux的系统调用了（参见https://reviews.freebsd.org/D21393），因为FreeBSD现在也有了它，尽管即使在此之前，您在FreeBSD上也可以访问等效功能，因为FreeBSD明确允许您对从shm_open（2）获得的描述符进行“ftruncate（2）”和“read（2）”。Linux实际上早在2014年的3.17版本中就已经有了它，而Glibc实际上直到2018年的2.27版本才公开了它。在OpenBSD≥5.4（2013）上，您可以使用“shm_mkstemp（2）”代替。另一个SO答案详细介绍了这些内容（参见https://dev59.com/q1MI5IYBdhLWcg3wpdG7#55711740）。 - Alex Shpilkin

@AlexShpilkin 不错，现在希望我们也能在 macOS 上得到它。不确定苹果公司现在在将 Darwin 与 FreeBSD 同步方面的表现如何。 - Lothar

Answer 3

这样做是行不通的。

如果在fork()之后创建映射，它在其他相关进程中将不会相同。

你不能以这种方式假设指针的共享。

如果你真的想以这种方式做（我不建议这样做！），你应该在fork()之前映射一个大区域，然后分配适当大小的缓冲区（当然要避免与其他进程发生竞争条件！）并传递这些指针。

两个相关的进程在fork()之后调用mmap()，可能会得到相同的指针，但指向不同的内存。事实上，这种情况非常普遍。

- MarkR