Linux系列：聊一聊 SystemV 下的进程间共享内存
一、背景
1. 讲故事昨天在分析一个 linux 的 dump 时，看到了这么一话警告，参考如下：
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0:000> !eeheap -gc
*** WARNING: Unable to verify timestamp for SYSV10cf21d1 (deleted)1.2.
对，就是上面的 SYSV10cf21d1，拆分一下为 System V + 10cf21d1 ，前者的System V表示共享内存机制，后面的 10cf21d1 表示共享内存中用到的唯一键key，所以这表示当前的 .net 程序直接或者间接的使用了 System V的进程间共享内存，我对 Linux 不是特别熟悉，所以稍微研究了下就有了这篇文章。
二、System V 研究
1. 什么是进程间通信其实在 Linux 中有很多中方式进行 IPC（进程间通信），我用大模型帮我做了一下汇总，截图如下：
图片
现如今Linux使用最多的还是 POSIX 标准，而 System V 相对来说比较老，为了研究我们写一个小例子观察下基本实现。
2. System V 的一个小例子为了能够实现进程间通信，开启两个进程（writer，reader）端，一个是往共享内存写入，一个从共享内存中读取，画个简图如下：
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接下来在内存段的首位置设置控制flag，后面跟着传输的 content 内容，然后创建一个key与申请的内存段进行绑定，参考代码如下：
1）writer.c
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <unistd.h>
#define SHM_SIZE 1024 // 共享内存段大小
int main()
{
key_t key;
int shmid;
char *shm_ptr;
// 生成key值 - 使用当前目录和项目ID
if ((key = ftok(".", x)) == -1)
{
perror("ftok");
exit(1);
}
// 创建共享内存段
if ((shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666)) == -1)
{
perror("shmget");
exit(1);
}
// 附加到共享内存
if ((shm_ptr = shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *)-1)
{
perror("shmat");
exit(1);
}
printf("Writer: 连接到共享内存段 %d\n", shmid);
// 第一个字节作为标志位，其余部分存储数据
char *flag_ptr = shm_ptr;
char *data_ptr = shm_ptr + 1;
// 初始化标志位
*flag_ptr = 0;
// 写入数据到共享内存
char message[] = "Hello from writer process!";
strncpy(data_ptr, message, sizeof(message));
// 设置标志位表示数据已准备好
*flag_ptr = 1;
printf("Writer: 已写入消息: \"%s\"\n", message);
// 等待读取进程完成
printf("Writer: 等待读取进程确认...\n");
while (*flag_ptr != 2)
{
sleep(1);
}
// 分离共享内存
if (shmdt(shm_ptr) == -1)
{
perror("shmdt");
exit(1);
}
// 删除共享内存段
if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1)
{
perror("shmctl");
exit(1);
}
printf("Writer: 完成\n");
return0;
}1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.38.39.40.41.42.43.44.45.46.47.48.49.50.51.52.53.54.55.56.57.58.59.60.61.62.63.64.65.66.67.68.69.70.71.72.73.74.75.76.77.78.79.
接下来就是 gcc 编译并运行，参考如下：
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root@ubuntu2404:/data2# gcc -g writer.c -o writer
root@ubuntu2404:/data2# ls
writer writer.c
root@ubuntu2404:/data2# ./writer
Writer: 连接到共享内存段 2
Writer: 已写入消息: "Hello from writer process!"
Writer: 等待读取进程确认...1.2.3.4.5.6.7.
从输出看已经将 "Hello from writer process!" 写到了共享内存，接下来可以用 ipcs -m 观察共享内存段列表，以及虚拟地址段。
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root@ubuntu2404:/proc# ipcs -m
------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x780300023 root 666 1024 1
root@ubuntu2404:/proc# ps -ef | grep writer
root 7711 7593010:41 pts/1 00:00:00 ./writer
root 7714 7618010:41 pts/2 00:00:00 grep --color=auto writer
root@ubuntu2404:/proc# cat /proc/7711/maps
5b412c9bc000-5b412c9bd000 r--p 0000000008:031966088 /data2/writer
5b412c9bd000-5b412c9be000 r-xp 0000100008:031966088 /data2/writer
5b412c9be000-5b412c9bf000 r--p 0000200008:031966088 /data2/writer
5b412c9bf000-5b412c9c0000 r--p 0000200008:031966088 /data2/writer
5b412c9c0000-5b412c9c1000 rw-p 0000300008:031966088 /data2/writer
5b415ad13000-5b415ad34000 rw-p 0000000000:000 [heap]
...
7c755ce80000-7c755ce81000 rw-s 0000000000:013 /SYSV78030002 (deleted)
...
ffffffffff600000-ffffffffff601000 --xp 0000000000:000 [vsyscall]
root@ubuntu2404:/proc#1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.
上面输出的 /SYSV78030002 (deleted) 便是，哈哈，现在回头看这句 WARNING: Unable to verify timestamp for SYSV10cf21d1 (deleted) 是不是豁然开朗啦。。。
接下来继续聊，另一个进程要想读取共享内存，需要通过同名的key寻找，即下面的 shmget 方法。
2）reader.c
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <unistd.h>
#define SHM_SIZE 1024 // 共享内存段大小
int main()
{
key_t key;
int shmid;
char *shm_ptr;
// 生成相同的key值
if ((key = ftok(".", x)) == -1)
{
perror("ftok");
exit(1);
}
// 获取共享内存段
if ((shmid = shmget(key, SHM_SIZE, 0666)) == -1)
{
perror("shmget");
exit(1);
}
// 附加到共享内存
if ((shm_ptr = shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *)-1)
{
perror("shmat");
exit(1);
}
printf("Reader: 连接到共享内存段 %d\n", shmid);
// 第一个字节是标志位，其余是数据
char *flag_ptr = shm_ptr;
char *data_ptr = shm_ptr + 1;
// 等待数据准备好
printf("Reader: 等待数据...\n");
while (*flag_ptr != 1)
{
sleep(1);
}
// 读取数据
printf("Reader: 接收到消息: \"%s\"\n", data_ptr);
// 通知写入进程已完成读取
*flag_ptr = 2;
// 分离共享内存
if (shmdt(shm_ptr) == -1)
{
perror("shmdt");
exit(1);
}
printf("Reader: 完成\n");
return0;
}1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.38.39.40.41.42.43.44.45.46.47.48.49.50.51.52.53.54.55.56.57.58.59.60.61.62.63.64.65.66.
如果有朋友对绑定逻辑(shmget)的底层感兴趣，可以观察 Linux 中的 ipcget_public 方法，其中的 rhashtable_lookup_fast 便是。
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static int ipcget_public(struct ipc_namespace *ns, struct ipc_ids *ids,
const struct ipc_ops *ops, struct ipc_params *params)
{
struct kern_ipc_perm *ipcp;
int flg = params->flg;
int err;
/*
* Take the lock as a writer since we are potentially going to add
* a new entry + read locks are not "upgradable"
*/
down_write(&ids->rwsem);
ipcp = ipc_findkey(ids, params->key);
...
}
static struct kern_ipc_perm *ipc_findkey(struct ipc_ids *ids, key_t key)
{
struct kern_ipc_perm *ipcp;
ipcp = rhashtable_lookup_fast(&ids->key_ht, &key,
ipc_kht_params);
if (!ipcp)
returnNULL;
rcu_read_lock();
ipc_lock_object(ipcp);
return ipcp;
}1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.
最后就是相同方式的编译运行，截一张图如下：
图片
三、总结
哈哈，dump分析之旅就是这样，在分析中不断的学习新知识，再用新知识指导dump分析，就这样的不断的螺旋迭代，乐此不疲。
THE END
