为什么 System V 共享内存有单独的 get 和 attach 函数？答案

【问题标题】：Why does System V shared memory have separate get and attach functions?为什么 System V 共享内存有单独的 get 和 attach 函数？
【发布时间】：2013-11-19 11:15:40
【问题描述】：

使用 System V 共享内存 IPC 需要调用以下两个函数：

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

为什么它们被设计成独立的，而不是有一个接受这些参数的函数，执行这两个函数并简单地返回地址？

我们可以将文件视为类比。字符串（文件路径）上的open 为我们提供了文件描述符，我们使用它来读取/写入文件。完成后，我们在文件描述符上close。这样的设计看起来很自然，我们不用open用字符串得到描述符，然后attach得到描述符。

作为我的想法的一个例子，看看FreeBSD sendmail shared memory implementation。

这种分离（shm_open和mmap）在POSIX共享内存中也存在，但原因是mmap在shm_open实现之前就存在并且可以复用，而mmap需要描述符（来源：UNIX 网络编程第 2 卷，R. Stevens，第 13 章，第 326 页）。

【问题讨论】：

标签： unix posix ipc shared-memory

【解决方案1】：

我能想到的一个可能原因是：（来自manpage of shmget）

在 fork(2) 之后，子进程继承了附加的共享内存段。

在 execve(2) 之后，所有附加的共享内存段都与进程分离。

在 _exit(2) 时，所有附加的共享内存段都与进程分离。

嗯，从技术上讲，附加和分离是在 shmget 期间保留的共享内存段上的基本引用计数。

分配共享内存段的功能，通过 shmget 和引用计数（向上或向下，分别通过 shmat 和 shmdt）是独立的，因此代码可以在 fork 和 exec 期间重用。

如果它们都被打包到同一个函数中，那么无论如何您都需要一个单独的函数，它只是进行引用计数（在 fork/exec 期间调用）。所以，我觉得这个设计只是为了促进代码复用，避免代码重复。

【讨论】：

对于文件，fork 和exec 处理复制文件描述符和更新内核中的引用计数。文件没有“附加”。为什么shmat 会暴露给用户，而它可以像文件一样在内核中完成？

【解决方案2】：

共享内存可能是允许 IPC 的最快方式之一，因为不需要复制数据，但与之相关的问题是同步多个线程之间的访问。您可以使用信号量或记录锁来做到这一点，我们最终在 unix 中使用共享内存中的后者，即使它们不如它们简单高效，系统清理得很好，而且您不需要一些金光闪闪信号量带来。让我们看看它们是如何工作的，以了解它们为何如此实现。

进来的是 linux 内核使用的 shmid_ds (http://www.tldp.org/LDP/lpg/node68.html) shm_nattch 是当前附件的无符号整数计数器。 shmget 为您获取 shm id 并设置诸如 ipc_perm、日期、pid、atime ctime、段大小请求 (shm_segsz) 之类的内容接下来，shmctl 开始使用 IPC_STAT、IPC_RMID、IPC_SET 为 ipc 做一些事情，例如设置 perms、获取或删除段的 shm_id，甚至锁定或解锁它。

一旦段准备就绪，进程就会使用 shmat 附加到其地址空间，具体取决于标志和地址参数。一旦它附加内核就会增加 shm_nattch。分离时，我们调用 shmdt 来分离。标识符和相关数据结构的删除不是自动的，某些进程必须使用 IPC_RMID 调用 shmctl 并取决于 shm_perm

如您所见，这与使用信号量的方式非常相似，并且实现很有意义。

【讨论】：