在不同步的情况下读写 SysV 共享内存（使用信号量、C/C++、Linux）

Posted 2023-02-22

【中文标题】在不同步的情况下读写 SysV 共享内存（使用信号量、C/C++、Linux）

【英文标题】：Reading and writing to SysV shared memory without synchronization (use of semaphores, C/C++, Linux)

【发布时间】：2010-06-10 18:23:02

【问题描述】：

我使用 SysV 共享内存让两个进程相互通信。我不希望代码变得复杂，所以我想知道我是否真的必须使用信号量来同步对共享内存的访问。在我的 C/C++ 程序中，父进程从共享内存读取，子进程写入共享内存。我写了两个测试应用程序，看看我是否可以产生某种错误，比如分段错误，但我不能（Ubuntu 10.04 64bit）。即使两个进程在一个while循环中不停地写入同一个共享内存也不会产生任何错误。

希望有人有这方面的经验，可以告诉我是否真的必须使用信号量来同步访问，或者我是否可以不同步。

谢谢

【参考方案1】：

如果您不使用某种互斥锁，那么您将自己暴露在与中断相关的奇怪而奇妙的计时错误中，而不是其他任何事情。

假设您的孩子在共享内存被抢占时正在写入中途。共享内存现在处于“坏”状态——它的一部分与子进程的一种状态有关，其余的与之前的状态有关——你的父进程可能会在子进程之前被重新激活。然后，您的状态已损坏。

您可能能够在短期内摆脱这个问题，但您会稍后发现奇怪的错误。

【讨论】：

谢谢，感谢您的回答。

【参考方案2】：

写入正确映射的内存地址不会产生分段错误，无论有多少进程尝试“同时”执行此操作。同步的目的是为了保持数据的一致性。

如果满足以下条件，您可以避免信号量和互斥锁：

您只有一个线程写入给定地址。

写入的数据是原子的——意味着它可以在一次 I/O 操作中传输。字符和整数等简单的东西在传输时通常是原子的。许多结构、字符串和数组在复制时不是原子操作，因为它们通常由多个 I/O 大小的元素组成。

数据项的有效性不依赖于任何其他数据。

在访问数据时使用关键字“volatile”以避免过时的取消引用。

如果不满足上述任何一项，那么如果您想保证数据一致且有效，则必须使用某种同步。

【讨论】：

谢谢，您的回答非常详细，很有帮助。

如果您使用正确的编译器和硬件内存屏障操作，您可以跳过使用 'volatile'。

【参考方案3】：

除了所有出色的响应之外——看看boost::interprocess 库——对于将类似 C++ STL 的容器保存在共享内存中非常方便。它是在 Unixen 上使用 POSIX 共享内存实现的，而不是 SysV，shmem_open(3) 等，您可能也会感兴趣。

【讨论】：

Tkanks，Boost 很有趣。它让我想起了 STL，它比 SysV 更像 C++。

【参考方案4】：

如前所述，这是数据完整性问题，而不是段错误。

如果这是一个问题，请使用： 管道 - 这是一个简单的 IPC 系统实现，可能在父级中 6 行代码，在子级中相同

http://tldp.org/LDP/lpg/node11.html

【参考方案5】：

这里有一个稍微不同的方法：如果你可以保证你的读者/作者不会意外地互相抢占，你就不需要在它们之间进行同步。

例如，您可以保证，在您的 Linux 上，如果您对访问共享内存的所有进程使用调度程序策略 SCHED_FIFO（请参阅 sched_setscheduler(2)），并且它们是否以相同的实时优先级运行并且它们都锁定到同一个 CPU 内核（在多核系统上）。然后，如果阅读器正在执行，它将是唯一执行的进程，直到它选择等待条件或在计时器上休眠。即使写入器从它等待的某些条件中唤醒，在读取期间，调度程序也不会让写入器运行，直到读取器完成。

【参考方案6】：

我建议使用一个标志来表示访问权限，就像写线程会做标志一样——一旦写完，写线程就可以让它成为标志++，读取线程也做同样的事情。这样可以避免使用 Mutex 和锁定开销。我用过这个并且相信我 flag-- 并且 flag++ 主要是原子的:-)