共享内存中的条件变量--这段代码符合POSIX吗？

Question

POSIX标准是否允许名为的共享内存块包含互斥和条件变量？

我们一直试图使用互斥变量和条件变量来通过LynuxWorks LynxOS-SE系统上的两个进程(POSIX-一致性)来同步对命名共享内存的访问。

一个共享内存块称为"/sync"，包含互斥和条件变量，另一个是"/data"，包含我们同步访问的实际数据。

如果两个进程都没有以完全相同的顺序pthread_cond_signal()执行mmap()调用，或者一个进程在映射"/sync"内存之前映射到其他共享内存中，我们就会看到来自"/sync"的失败。

这个示例代码是我能做的最简短的代码：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/file.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

static const string shm_name_sync("/sync");
static const string shm_name_data("/data");

struct shared_memory_sync
{
  pthread_mutex_t mutex;
  pthread_cond_t condition;
};

struct shared_memory_data
{
  int a;
  int b;
};


//Create 2 shared memory objects
// - sync contains 2 shared synchronisation objects (mutex and condition)
// - data not important 
void create()
{
  // Create and map 'sync' shared memory
  int fd_sync = shm_open(shm_name_sync.c_str(), O_CREAT|O_RDWR, S_IRUSR|S_IWUSR);
  ftruncate(fd_sync, sizeof(shared_memory_sync));
  void* addr_sync = mmap(0, sizeof(shared_memory_sync), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_sync, 0);
  shared_memory_sync* p_sync = static_cast<shared_memory_sync*> (addr_sync);

    // init the cond and mutex
  pthread_condattr_t cond_attr;
    pthread_condattr_init(&cond_attr);
    pthread_condattr_setpshared(&cond_attr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
    pthread_cond_init(&(p_sync->condition), &cond_attr);
    pthread_condattr_destroy(&cond_attr);

    pthread_mutexattr_t m_attr;
    pthread_mutexattr_init(&m_attr);
    pthread_mutexattr_setpshared(&m_attr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
    pthread_mutex_init(&(p_sync->mutex), &m_attr);
    pthread_mutexattr_destroy(&m_attr);

  // Create the 'data' shared memory   
  int fd_data = shm_open(shm_name_data.c_str(), O_CREAT|O_RDWR, S_IRUSR|S_IWUSR);
  ftruncate(fd_data, sizeof(shared_memory_data));
  
  void* addr_data = mmap(0, sizeof(shared_memory_data), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_data, 0);
  shared_memory_data* p_data = static_cast<shared_memory_data*> (addr_data);

  // Run the second process while it sleeps here.
  sleep(10);

  int res = pthread_cond_signal(&(p_sync->condition));
  assert(res==0);  // <--- !ASSERT WILL FAIL ON LYNXOS!

  munmap(addr_sync, sizeof(shared_memory_sync));
  shm_unlink(shm_name_sync.c_str());
  munmap(addr_data, sizeof(shared_memory_data));
  shm_unlink(shm_name_data.c_str());
}

//Open the same 2 shared memory objects but in reverse order
// - data
// - sync 
void open()
{
  sleep(2);
  int fd_data = shm_open(shm_name_data.c_str(), O_RDWR, S_IRUSR|S_IWUSR);
  void* addr_data = mmap(0, sizeof(shared_memory_data), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_data, 0);
  shared_memory_data* p_data = static_cast<shared_memory_data*> (addr_data);

  int fd_sync = shm_open(shm_name_sync.c_str(), O_RDWR, S_IRUSR|S_IWUSR);
  void* addr_sync = mmap(0, sizeof(shared_memory_sync), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_sync, 0);
  shared_memory_sync* p_sync = static_cast<shared_memory_sync*> (addr_sync);

  // Wait on the condvar
  pthread_mutex_lock(&(p_sync->mutex));
  pthread_cond_wait(&(p_sync->condition), &(p_sync->mutex));
  pthread_mutex_unlock(&(p_sync->mutex));
  
  munmap(addr_sync, sizeof(shared_memory_sync));
  munmap(addr_data, sizeof(shared_memory_data));
}

int main(int argc, char** argv) 
{
  if(argc>1)
  {
    open(); 
  }
  else
  {
    create();
  }

    return (0);
}

运行此程序时不带args，然后再运行一个带有args的副本，第一个程序将在断言检查pthread_cond_signal()时失败。但是，将open()函数的顺序更改为mmap() "/sync“在"/data"之前的内存，这一切都会正常工作。

在我看来，这似乎是LynxOS中的一个主要缺陷，但LynuxWorks声称，在命名共享内存中使用互斥变量和条件变量的方式并不是POSIX标准所涵盖的，因此他们并不感兴趣。

有人能确定这段代码是否真的违反了POSIX吗？

或者，是否有人有任何令人信服的文件证明它符合POSIX？

编辑：我们知道PTHREAD_PROCESS_SHARED是POSIX，由LynxOS支持。争用的领域是互斥量和信号量是否可以在命名共享内存中使用(就像我们已经做的那样)，或者如果POSIX只允许在一个进程创建和映射共享内存，然后分叉第二个进程时使用它们。

Answer 1

我可以很容易地看到PTHREAD_PROCESS_SHARED如何在操作系统级别上实现是很棘手的(例如，MacOS没有实现，除了看起来是rwlock)。但从标准上看，你好像有案子。

为了完整起见，您可能需要断言(共享)和*_setpshared()函数调用的返回值--也许还有另一个“惊喜”在等着您(但我从注释中可以看到，您已经检查了该共享，它实际上是支持的)。

@JesperE:您可能希望引用OpenGroup上的API文档而不是HP文档。

Answer 2

pthread_mutexattr_setpshared函数可用于允许任何访问该内存的线程，甚至不同进程中的线程，都可以访问共享内存中的线程互斥体。根据此链接，pthread_mutex_setpshared符合POSIXP1003.1c。(条件变量也是如此，参见pthread_condattr_setpshared。)

相关问题：Linux上的p线程条件变量，奇怪的行为

Answer 3

pthread_cond_t中可能有一些指针(没有pshared)，所以您必须将它放在两个线程/进程中相同的地址中。使用相同顺序的mmap，您可以得到两个进程的相同地址。

在glibc中，cond_t中的指针指向线程的线程描述符，拥有mutex/cond。

可以使用非空第一个参数控制mmap的地址。