Posix共享内存初始化

Question

我的问题涉及使用shm_open()和mmap()初始化内存。在几个地方我看到的一个普遍建议是使用标志O_CREAT|O_EXCL调用shm_open():如果成功，那么我们是共享内存的第一个用户并且可以初始化它，否则我们不是第一个用户并且共享内存已经被另一个进程初始化。

然而，从我对shm_open的理解以及我在Linux上进行的测试中，这种方法行不通:即使最后一个共享内存对象的用户取消映射并关闭了它，共享内存对象仍会留存在系统中。一个简单的测试程序调用shm_open与O_CREAT|O_EXCL，然后关闭描述符并退出，将在第一次运行时成功，但即使此时没有其他人使用共享内存，第二次运行仍将失败。

实际上，在我测试的系统上，shm_open的行为似乎与open()基本相同:如果我修改我的简单测试程序通过mmap获取指针将某些内容写入共享内存，然后退出，那么共享内存对象将持续保留其内容（我可以运行另一个简单程序来读取我之前写入的数据）。

所以，关于使用带有O_CREAT|O_EXCL标志的shm_open的建议是否错误，还是我遗漏了什么？

我知道可以使用shm_unlink()删除共享内存对象，但这似乎只会导致更多问题：

1.如果一个进程在调用shm_unlink()之前死亡，则我们又回到了上面描述的问题。

2.如果一个进程调用shm_unlink()，而其他一些进程仍然映射到相同的共享内存中，则这些其他进程仍将像往常一样继续使用它。现在，如果另一个进程来并使用与旧共享内存对象相同的名称和指定了O_CREAT，它实际上将成功创建具有相同名称的新共享内存对象，该对象与其他进程仍在使用的旧共享内存对象完全无关。现在我们有一个进程试图通过共享内存与其他进程通信，并且完全不知道它正在使用错误的通道。

我习惯于Windows语义，其中共享内存对象仅存在于至少有一个句柄打开的情况下，因此这个Posix东西非常令人困惑。

- Yevgeniy P

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看起来你在完成后没有设置shm段进行删除。因此，它会在你的进程中“存活”。你可以在终端中使用ipcs命令查看当前在系统中存在哪些IPC内容（信号量、shm段等）。 - Rerito

但是我该如何设置它以进行删除？有没有一些标志要传递给shm_open()函数？我在手册页上找不到任何信息。 - Yevgeniy P

@Rerito：你对楼主对你的评论有什么想法吗？ - alk

在共享内存的实际使用情况中，可能共享同一段的两个进程将同时处于“活动”状态。因此，在需要时调用shm_unlink()是没有理由不这样做的。 - Rerito

由于我在回答中做出了一些假设，您能否提供更多关于您使用共享内存的原因的信息？ - Rerito

如果您只与子进程共享内存，则可以使用shm_open()获取描述符，并在此之后立即使用shm_unlink()将其删除。然后，您可以通过fork()共享描述符。 - GreenScape

Answer 1

由于您使用了O_EXCL标志，我会假设您有一组进程聚集在一个主进程周围（即段的创建者）。

然后，您的主进程将使用调用shm_open来创建共享内存段：

shmid = shm_open("/insert/name/here", O_CREAT|O_EXCL, 0644);
if (-1 == shmid) {
    printf("Oops ..\n");
}

在这里，从属进程已准备好使用该段。由于主进程必须创建该段，因此从属进程调用时无需使用O_CREAT标志。你只需要在从属进程调用时处理可能的错误，如果该段尚未创建或已被销毁。

当任何一个进程完成对该段的操作后，应调用shm_unlink()。在这种架构中，通常是主进程提供数据给从属进程。当主进程没有更多内容可提供时，它就会停止提供。接下来，从属进程有责任优雅地处理相应的错误。

正如你所说，如果进程在调用shm_unlink之前死亡，则该段将继续存在。为了避免这种情况，在某些情况下，你可以定义自己的信号处理程序，以便在接收到诸如SIGINT之类的信号时执行该操作。无论如何，你都无法解决在向进程发送SIGKILL时出现的问题。

编辑： 更具体地说，当不需要时，使用O_CREAT | O_EXCL是错误的。通过上面的小例子，你可以看到主进程必须创建该段，因此需要这些标志。另一方面，从属进程中没有一个必须创建它。因此，你绝对禁止在相关调用中使用O_CREAT。

现在，如果另一个进程在该段已经被创建时调用shm_open(..., O_CREAT, ...)，它只会检索与该段相关的文件描述符。因此，如果它有权这样做（请参见mode参数），它将在正确的通道上。

- Rerito

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谢谢回复。然而，在我的情况下，该进程不知道它是“主”还是“从”。整个问题在于找出它是哪一个。基本上，一旦该进程映射到共享内存，它需要回答问题“我是第一个吗？”如果是，则调用初始化例程。因为进程可能会被杀死（如果使用SIGKILL，则无法拦截它），我们不能真正假设文件系统中的共享内存段意味着任何事情。 - Yevgeniy P

我有一个解决方案，使用文件锁来确保正确的共享内存初始化（实际上使用了2个文件锁来避免某些竞争条件）。然而，仍然存在一些疑虑，与异常进程终止有关。我在这里发布了相关问题：https://dev59.com/c3jZa4cB1Zd3GeqPfY0x - Yevgeniy P

@YevgeniyP 通常，信号量与共享内存一起使用以确保正确使用。但是，如果其中一些进程被SIGKILL杀死，您无法防止进程集的良好行为。无论如何，我现在找不到任何解决方案... - Rerito

是的，我找不到在所有情况下都能正确运行的解决方案。就这一点而言，Windows 更好——它保证对于共享内存段的第一个用户，该段将被初始化为零（当然，除非它由实际文件支持）。因此，在 Windows 中，我只需在初始化完成后编写一些标志，然后其他进程就可以检查它（例如，第一个字节是否为 0）。 POSIX 似乎没有这个功能，特别是如果进程被终止后该段被留在文件系统中。 - Yevgeniy P

Answer 2

你可以这样做： int test = shmget(key_t key,size,0); 将此代码放在每个进程的开头。在这里，零标志尝试打开已有的共享内存，如果它还没有被创建，test将等于-1，因此您可以在此语句之后进行检查，如果test为-1，则创建一个共享内存，否则您只是得到了一个现有共享内存的ID......希望这能帮到你。

- Angelio Gh

Answer 3

在某些情况下，您可能希望使用O_CREAT | O_TRUNC来清除数据？或者通过显式赋值给结构成员来重置内存映射数据？

另外，您可以选择通过在共享内存中跟踪pid（或者只是一个临时文件）来控制"master"，然后验证该pid是否仍然有效。

- BuvinJ