如何解決linux使用共享內存通信的進程同步退出問題

本篇內容主要講解“如何解決linux使用共享內存通信的進程同步退出問題”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“如何解決linux使用共享內存通信的進程同步退出問題”吧!

兩個甚至多個進程使用共享內存(shm)通信，總遇到同步問題。這里的“同步問題”不是說進程讀寫同步問題，這個用信號量就好了。這里的同步問題說的是同步退出問題，到底誰先退出，怎么知道對方退出了。舉個例子：進程負責讀寫數據庫Ａ，進程Ｂ負責處理數據。那么進程Ａ得比進程Ｂ晚退出才行，因為要保存進程Ｂ處理完的數據。可是Ａ不知道Ｂ什么時候退出啊。Ａ、Ｂ是無關聯的進程，也不知道對方的pid。它們唯一的關聯就是讀寫同一塊共享內存。正常情況下，進程Ｂ在共享內存中寫個標識：進程Ａ你可以退出了，也是可以的。不過進程Ｂ可能是異常退出，連標識都來不及寫。其次，共享內存用來做數據通信的，加這么個標識感覺不太好，有濫用的感覺。

　　采用socket通信沒有這個問題，因為進程Ｂ退出怎么也會導致socket斷開，哪怕是超時。但shm卻沒有協議來檢測這些行為，如果自己也做一個未免太麻煩。那就從共享內存下手吧。

　　共享內存是由內核來管理的，一個進程刪除本身打開的共享內存并不影響另一個進程的共享內存，哪怕都是同一塊共享內存。這是因為共享內存在內核中一個引用計數，一個進程使用該共享內存就會導致引用計數加１。如果其中一個進程調用了刪除函數，只有這個計數為０才會真正刪除共享內存。那么，需要最后才退出的進程檢測這個計數就可以了。

　　在System V的共享內存中，創建一個共享內存會初始化一個結構：

代碼如下:

struct shmid_ds {
              struct ipc_perm shm_perm;    /* Ownership and permissions */
              size_t          shm_segsz;   /* Size of segment (bytes) */
              time_t          shm_atime;   /* Last attach time */
              time_t          shm_dtime;   /* Last detach time */
              time_t          shm_ctime;   /* Last change time */
              pid_t           shm_cpid;    /* PID of creator */
              pid_t           shm_lpid;    /* PID of last shmat(2)/shmdt(2) */
              shmatt_t        shm_nattch;  /* No. of current attaches */
              ...
          };

使用shmctl函數可以讀取該結構體，其中的shm_nattch就是使用該共享內存的進程數。

　　不過，現在有了新的POSIX標準，當然要用新標準了。shm_open創建的共享內存也具有“一個進程刪除本身打開的共享內存并不影響另一個進程的共享內存”的特點。可是用shm_open創建的共享內存不再有上面的結構，那么，內核是怎么管理shm_open創建共享內存？？看下面的源碼：

代碼如下:

/* shm_open - open a shared memory file */</p> <p>/* Copyright 2002, Red Hat Inc. */</p> <p>#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <limits.h></p> <p>int
shm_open (const char *name, int oflag, mode_t mode)
{
 int fd;
 char shm_name[PATH_MAX+20] = "/dev/shm/";</p> <p>  /* skip opening slash */
 if (*name == '/')
   ++name;</p> <p>  /* create special shared memory file name and leave enough space to
    cause a path/name error if name is too long */
 strlcpy (shm_name + 9, name, PATH_MAX + 10);</p> <p>  fd = open (shm_name, oflag, mode);</p> <p>  if (fd != -1)
   {
     /* once open we must add FD_CLOEXEC flag to file descriptor */
     int flags = fcntl (fd, F_GETFD, 0);</p> <p>      if (flags >= 0)
       {
         flags |= FD_CLOEXEC;
         flags = fcntl (fd, F_SETFD, flags);
       }</p> <p>      /* on failure, just close file and give up */
     if (flags == -1)
       {
         close (fd);
         fd = -1;
       }
   }</p> <p>  return fd;
}

我嚓，這就是創建一個普通的文件啊，只是創建的位置在/dev/shm下（也就是RAM上）。再來看看刪除共享內存的函數shm_unlink：

代碼如下:

/* shm_unlink - remove a shared memory file */</p> <p>/* Copyright 2002, Red Hat Inc. */</p> <p>#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <limits.h></p> <p>int
shm_unlink (const char *name)
{
 int rc;
 char shm_name[PATH_MAX+20] = "/dev/shm/";</p> <p>  /* skip opening slash */
 if (*name == '/')
   ++name;</p> <p>  /* create special shared memory file name and leave enough space to
    cause a path/name error if name is too long */
 strlcpy (shm_name + 9, name, PATH_MAX + 10);</p> <p>  rc = unlink (shm_name);</p> <p>  return rc;
}

這也只是一個普通的unlink函數。也就是說，POSIX標準的共享內存就是一個文件。所謂的“一個進程刪除本身打開的共享內存并不影響另一個進程的共享內存”就相當于你用fstream對象打開了一個文件，然后去文件夾把文件刪除了(也就是對文件進行了unlink操作)，可是fstream對象還可以正常讀寫文件，并沒有什么引用計數。這下好了，進程退出時又沒法同步了。

　　不過，在linux下怎么會有解決不了的問題呢？解決不了只能說明自己太菜。既然是文件，那就從文件下手。那文件有什么是原子操作，又可以計數的呢。答案：硬鏈接。比如：

代碼如下:

xzc@xzc-HP-ProBook-4446s:/dev/shm$ stat abc
 文件："abc"
 大小：4             塊：8          IO 塊：4096   普通文件
設備：15h/21d    Inode：5743159     硬鏈接：1
權限：(0664/-rw-rw-r--)  Uid：( 1000/     xzc)   Gid：( 1000/     xzc)
最近訪問：2015-01-25 21:27:00.961053098 +0800
最近更改：2015-01-25 21:27:00.961053098 +0800
最近改動：2015-01-25 21:27:00.961053098 +0800
創建時間：-
xzc@xzc-HP-ProBook-4446s:/dev/shm$

這個硬鏈接可以通過fstat函數獲取。可是要這樣實現的話，意味著需要先創建一塊共享內存，每個進程引用的時候需要調用link函數來創建一個硬鏈接。問題解決了，可是這樣會在/dev/shm下多個Ｎ多個文件。這可是RAM啊，雖然現在的服務器都比較牛，但這樣做也不太好吧。好吧，還有一個flock文件鎖。flock使用LOCK_SH參數多個進程對同一個文件加鎖。這樣，進程Ｂ初始化共享內存時加鎖(可以有多個這樣的進程)，在退出(包括異常退出)時解鎖。進程Ａ在退出時檢測這個鎖。當發現無鎖時說明可以安全退出了。

　　同步退出的問題基本解決了。來不及寫代碼去驗證，下次吧。

PS：內核unlink時應該也是有計數才知道當前有沒有進程打開文件，在什么時候應該刪除文件。這個還得去查資料，看用不用得上。另外lsof這個工具是可以檢測到所有打開該共享內存的進程及相應的狀態。這個應該也是有對應的api的，只是現在還沒搞懂。

到此，相信大家對“如何解決linux使用共享內存通信的進程同步退出問題”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續學習！