Linux系列：聊一聊 SystemV 下的進程間共享內存

作者：一線碼農聊技術 2025-05-13 07:10:31

前者的System V表示共享內存機制，后面的?10cf21d1?表示共享內存中用到的唯一鍵key，所以這表示當前的 .net 程序直接或者間接的使用了?System V的進程間共享內存，我對 Linux 不是特別熟悉，所以稍微研究了下就有了這篇文章。

一、背景

1. 講故事

昨天在分析一個 linux 的 dump 時，看到了這么一話警告，參考如下：

0:000> !eeheap -gc
*** WARNING: Unable to verify timestamp for SYSV10cf21d1 (deleted)

對，就是上面的 SYSV10cf21d1，拆分一下為 System V + 10cf21d1 ，前者的System V表示共享內存機制，后面的 10cf21d1 表示共享內存中用到的唯一鍵key，所以這表示當前的 .net 程序直接或者間接的使用了 System V的進程間共享內存，我對 Linux 不是特別熟悉，所以稍微研究了下就有了這篇文章。

二、System V 研究

1. 什么是進程間通信

其實在 Linux 中有很多中方式進行 IPC（進程間通信），我用大模型幫我做了一下匯總，截圖如下：

圖片

現如今Linux使用最多的還是 POSIX 標準，而 System V 相對來說比較老，為了研究我們寫一個小例子觀察下基本實現。

2. System V 的一個小例子

為了能夠實現進程間通信，開啟兩個進程（writer，reader）端，一個是往共享內存寫入，一個從共享內存中讀取，畫個簡圖如下：

圖片

接下來在內存段的首位置設置控制flag，后面跟著傳輸的 content 內容，然后創建一個key與申請的內存段進行綁定，參考代碼如下：

1）writer.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <unistd.h>

#define SHM_SIZE 1024 // 共享內存段大小

int main()
{
    key_t key;
    int shmid;
    char *shm_ptr;

    // 生成key值 - 使用當前目錄和項目ID
    if ((key = ftok(".", 'x')) == -1)
    {
        perror("ftok");
        exit(1);
    }

    // 創建共享內存段
    if ((shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666)) == -1)
    {
        perror("shmget");
        exit(1);
    }

    // 附加到共享內存
    if ((shm_ptr = shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *)-1)
    {
        perror("shmat");
        exit(1);
    }

    printf("Writer: 連接到共享內存段 %d\n", shmid);

    // 第一個字節作為標志位，其余部分存儲數據
    char *flag_ptr = shm_ptr;
    char *data_ptr = shm_ptr + 1;

    // 初始化標志位
    *flag_ptr = 0;

    // 寫入數據到共享內存
    char message[] = "Hello from writer process!";
    strncpy(data_ptr, message, sizeof(message));

    // 設置標志位表示數據已準備好
    *flag_ptr = 1;

    printf("Writer: 已寫入消息: \"%s\"\n", message);

    // 等待讀取進程完成
    printf("Writer: 等待讀取進程確認...\n");
    while (*flag_ptr != 2)
    {
        sleep(1);
    }

    // 分離共享內存
    if (shmdt(shm_ptr) == -1)
    {
        perror("shmdt");
        exit(1);
    }

    // 刪除共享內存段
    if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1)
    {
        perror("shmctl");
        exit(1);
    }

    printf("Writer: 完成\n");

    return0;
}

接下來就是 gcc 編譯并運行，參考如下：

root@ubuntu2404:/data2# gcc -g writer.c -o writer
root@ubuntu2404:/data2# ls   
writer  writer.c
root@ubuntu2404:/data2# ./writer
Writer: 連接到共享內存段 2
Writer: 已寫入消息: "Hello from writer process!"
Writer: 等待讀取進程確認...

從輸出看已經將 "Hello from writer process!" 寫到了共享內存，接下來可以用 ipcs -m 觀察共享內存段列表，以及虛擬地址段。

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#

上面輸出的 /SYSV78030002 (deleted) 便是，哈哈，現在回頭看這句 WARNING: Unable to verify timestamp for SYSV10cf21d1 (deleted) 是不是豁然開朗啦。。。

接下來繼續聊，另一個進程要想讀取共享內存，需要通過同名的key尋找，即下面的 shmget 方法。

2）reader.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <unistd.h>

#define SHM_SIZE 1024 // 共享內存段大小

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);
    }

    // 獲取共享內存段
    if ((shmid = shmget(key, SHM_SIZE, 0666)) == -1)
    {
        perror("shmget");
        exit(1);
    }

    // 附加到共享內存
    if ((shm_ptr = shmat(shmid, NULL, 0)) == (void *)-1)
    {
        perror("shmat");
        exit(1);
    }

    printf("Reader: 連接到共享內存段 %d\n", shmid);

    // 第一個字節是標志位，其余是數據
    char *flag_ptr = shm_ptr;
    char *data_ptr = shm_ptr + 1;

    // 等待數據準備好
    printf("Reader: 等待數據...\n");
    while (*flag_ptr != 1)
    {
        sleep(1);
    }

    // 讀取數據
    printf("Reader: 接收到消息: \"%s\"\n", data_ptr);

    // 通知寫入進程已完成讀取
    *flag_ptr = 2;

    // 分離共享內存
    if (shmdt(shm_ptr) == -1)
    {
        perror("shmdt");
        exit(1);
    }

    printf("Reader: 完成\n");

    return0;
}

如果有朋友對綁定邏輯(shmget)的底層感興趣，可以觀察 Linux 中的 ipcget_public 方法，其中的 rhashtable_lookup_fast 便是。

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;
}

最后就是相同方式的編譯運行，截一張圖如下：

圖片

三、總結

哈哈，dump分析之旅就是這樣，在分析中不斷的學習新知識，再用新知識指導dump分析，就這樣的不斷的螺旋迭代，樂此不疲。

責任編輯：武曉燕來源：一線碼農聊技術