共享内存应用中的问题及解决方法

System V 进程间通信（IPC）包括3种机制：消息队列、信号量、共享内存。消息队列和信号量均是内核空间的系统对象，经由它们的数据需要在内核和用户空间进行额外的数据拷贝；而共享内存和访问它的所有应用程序均同处于用户空间，应用进程可以通过地址映射的方式直接读写内存，从而获得非常高的通信效率。

System V 为共享内存定义了下列API接口函数：

# include <sys/types.h># include <sys/ipc.h># include <sys/shm.h>key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);int shmget(key_t key, int size, int shmflg);void* shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);int shmdt(void *shmaddr);int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

ftok 函数用于生成一个键值：key_t key，该键值将作为共享内存对象的唯一性标识符，并提供给为shmget函数作为其输入参数；ftok 函数的输入参数包括一个文件（或目录）路径名：pathname，以及一个额外的数字：proj_id，其中pathname所指定的文件（或目录）要求必须已经存在，且proj_id不可为0； shmget 函数用于创建（或者获取）一个由key键值指定的共享内存对象，返回该对象的系统标识符：shmid； shmat 函数用于建立调用进程与由标识符shmid指定的共享内存对象之间的连接； shmdt 函数用于断开调用进程与共享内存对象之间的连接； shmctl 函数用于对已创建的共享内存对象进行查询、设值、删除等操作；

2. ftok的陷阱

根据pathname指定的文件（或目录）名称，以及proj_id参数指定的数字，ftok函数为IPC对象生成一个唯一性的键值。在实际应用中，很容易产生的一个理解是，在proj_id相同的情况下，只要文件（或目录）名称不变，就可以确保ftok返回始终一致的键值。然而，这个理解并非完全正确，有可能给应用开发埋下很隐晦的陷阱。因为ftok的实现存在这样的风险，即在访问同一共享内存的多个进程先后调用ftok函数的时间段中，如果pathname指定的文件（或目录）被删除且重新创建，则文件系统会赋予这个同名文件（或目录）新的i节点信息，于是这些进程所调用的ftok虽然都能正常返回，但得到的键值却并不能保证相同。由此可能造成的后果是，原本这些进程意图访问一个相同的共享内存对象，然而由于它们各自得到的键值不同，实际上进程指向的共享内存不再一致；如果这些共享内存都得到创建，则在整个应用运行的过程中表面上不会报出任何错误，然而通过一个共享内存对象进行数据传输的目的将无法实现。

AIX、Solaris、HP-UX均明确指出，key文件被删除并重建后，不保证通过ftok得到的键值不变，比如AIX上ftok的man帮助信息即声明：

Attention: If the Path parameter of the ftok subroutine names a file that has been removed while keys still refer to it, the ftok subroutine returns an error. If that file is then re-created, the ftok subroutine will probably return a key different from the original one.

Linux没有提供类似的明确声明，但我们可以通过下面的简单例程test01.c，得到相同的印证：

#include <stdio.h>#include <sys/ipc.h>void main(int argc, char* argv[]){if (argc !=2 ) {printf("Usage: %s KeyFile/n e.g. %s /tmp/mykeyfile/n", argv[0], argv[0]);return;}printf("Key generated by ftok:  0x%x/n", ftok(argv[1], 1));}

将上述例程在Red Hat Enterprise Linux AS release 4平台上编程成可执行程序test01，并且通过touch命令在 /tmp目录下创建一个新文件mykeyfile，然后为该文件生成键值：

# touch  /tmp/mykeyfile# ./test01 /tmp/mykeyfileKey generated by ftok:  0x101000b

然后，将/tmp/mykeyfile删除，并且通过vi命令重新创建该文件，再次生成键值：

# ./test01 /tmp/mykeyfileKey generated by ftok:  0x1010017

我们可以看到，虽然文件名称都是 /tmp/mykeyfile，并未改变，但由于中间发生了文件删除并重新创建的操作，前后两次所得到的键值已经不再相同。

避免此类问题最根本的方法，就是采取措施保证pathname所指定的文件（或目录）在共享内存的使用期间不被删除，不要使用有可能被删除的文件；或者干脆直接指定键值，而不借助ftok来获取键值。