mmap ed共享内存段上的mprotect

Question

当两个进程共享用shm_open打开的内存段，然后得到mmap-ed时，对一个进程中共享内存的一部分执行mprotect是否会影响另一个进程在同一部分上看到的权限？换句话说，如果一个进程将共享内存段的一部分变为只读，它是否也成为另一个进程的只读？

Answer 1

我总是喜欢分两部分来回答这些问题。

第1部分-让我们来测试一下

让我们考虑一个相对类似于shm_open(3)的例子。

共享头- shared.h

#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

#define errExit(msg) do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)

struct shmbuf {
    char   buf[4096];
    sem_t  sem;
};

创建者进程- creator.c (使用gcc creator.c -o creator -lrt -lpthread编译)

#include <ctype.h>
#include <string.h>
#include "shared.h"

int
main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s /shm-path\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    char *shmpath = argv[1];
    int fd = shm_open(shmpath, O_CREAT | O_EXCL | O_RDWR,
                      S_IRUSR | S_IWUSR);
    if (fd == -1)
        errExit("shm_open");

    struct shmbuf *shm;
    if (ftruncate(fd, sizeof(*shm)) == -1)
        errExit("ftruncate");

    shm = mmap(NULL, sizeof(*shm), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (shm == MAP_FAILED)
        errExit("mmap");

    if (sem_init(&shm->sem, 1, 0) == -1)
        errExit("sem_init");

    if (mprotect(&shm->buf, sizeof(shm->buf), PROT_READ) == -1)
        errExit("mprotect");

    if (sem_wait(&shm->sem) == -1)
        errExit("sem_wait");

    printf("got: %s\n", shm->buf);

    shm_unlink(shmpath);

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

编写过程- writer.c (使用gcc writer.c -o writer -lrt -lpthread编译)

#include <string.h>
#include "shared.h"

int
main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 3) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s /shm-path string\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    char *shmpath = argv[1];
    char *string = argv[2];

    int fd = shm_open(shmpath, O_RDWR, 0);
    if (fd == -1)
        errExit("shm_open");

    struct shmbuf *shm = mmap(NULL, sizeof(*shm), PROT_READ | PROT_WRITE,
                              MAP_SHARED, fd, 0);
    if (shm == MAP_FAILED)
        errExit("mmap");

    strcpy(&shm->buf[0], string);

    if (sem_post(&shm->sem) == -1)
        errExit("sem_post");

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

会发生什么事？创建者进程创建一个新的共享内存对象，“设置”它的大小，将其映射到内存中(如shm)，使用mprotect只允许写入缓冲区(shm->buf)，并等待信号量知道写入器何时完成(稍后我们将讨论它的内容)。

写入进程启动，打开相同的共享内存对象，将我们告诉它的任何内容写入其中，并向信号量发出信号。

的问题是，即使创建者将保护更改为只读，写入者是否能够写入共享内存对象？

让我们来找出答案。我们可以使用以下方法运行它：

# ./creator.c /shmulik &
# ./writer.c /shmulik hi!
got: hi!
#
[1]+  Done                    ./creator /shmulik

如您所见，作者能够写入共享内存，尽管创建者将其保护设置为只读。

也许造物主做错了什么？让我们尝试在creator.c中添加下面一行

    if (mprotect(&shm->buf, sizeof(shm->buf), PROT_READ) == -1)
        errExit("mprotect");

    memset(&shm->buf, 0, sizeof(shm->buf)); // <-- This is the new line

    if (sem_wait(&shm->sem) == -1)
        errExit("sem_wait");

让我们重新编译并再次运行创建者：

# gcc creator.c -o creator -lrt -lpthread
# ./creator /shmulik
Segmentation fault

如您所见，mprotect按预期工作。

让作者映射共享内存，然后更改保护，怎么样？不会有什么改变的。mprotect只影响调用它的进程(以及它的后代)的内存保护。

第二部分-让我们理解它

首先，您必须理解shm_open是一个glibc方法，它不是一个系统调用。您可以从glibc获得他们的网站源代码，只需自己查找shm_open即可。

shm_open的底层实现是对open的常规调用，就像手册页建议的那样。

正如我们已经看到的，大多数魔法发生在mmap中。在调用mmap时，我们必须使用MAP_SHARED (而不是MAP_PRIVATE)，否则每个进程都会首先得到一个私有内存段，显然其中一个不会影响另一个进程。

当我们调用mmap时，跳数大致如下：

• 普戈夫。
• 普戈夫。
• mmap
• 地域

在最后一点上，您可以看到我们采用了进程的内存管理上下文mm并分配了一个新的虚拟内存区域vma

struct mm_struct *mm = current->mm;
...
vma = vm_area_alloc(mm);
...
vma->vm_page_prot = vm_get_page_prot(vm_flags);

此内存区域不与其他进程共享。由于mprotect只更改每个进程vma上的vm_page_prot，因此不会影响映射相同内存空间的其他进程。

Answer 2

mprotect()的POSIX规范建议，共享内存保护中的更改应该影响使用该共享内存的所有进程。

详细说明的两个错误条件是：

• prot参数指定MAP_PRIVATE映射的PROT_WRITE，并且没有足够的内存资源来锁定私有页面。
• prot参数在MAP_PRIVATE映射上指定PROT_WRITE，如果需要的话，它将需要比系统能够为锁定私有页面提供的空间更多的空间。

这些强烈建议使用MAP_SHARED映射的内存不应该因为缺少复制内存而失败。

还请参阅mmap()的POSIX规范。