Shared Memory 的 Race Condition

jollen 發表於 January 16, 2007 3:54 PM

今天在討論基本的 shared memory 機制時聊到，shared memory 有同步性的問題（synchronization），主要的原因是 Linux 並未對 shared memory 做同步的控制。以下單純由 user-space programming 的角度來探討此觀念。

首先，試作以下 3 個小程式：

shm_allocate.c，用來請求 shared memory
shm_read.c，用來讀取 shared memory
shm_write.c，用來寫入 shared memory

以上程式可由 [http://tw.jollen.org/ipc-programming/shm_race.tar.bz2] 下載。以下是操作方法：

# ./shm_allocate jollen
Shared Memory Segment ID: 98306

先執行 shm_allocate 配置 shared memory，並任意填入一個初始字串，程式會印出此 shared memory 的 Segment ID。接著：

# ./shm_read 98306
Message of Shared Memory: jollen
Message of Shared Memory: jollen
Message of Shared Memory: jollen
Message of Shared Memory: jollen
...

再執行 shm_read，命令列參數加上 shared memory 的 Segment ID。shm_read 會持續不斷的讀取 shared memory 的內容。然後，在另一個 terminal 執行 shared memory 的寫入程式。

我們透過 shm_write 寫入 [00000000,11111111,22222222,...,99999999] 字串到 shared memory，並觀察輸出。由於 shm_write 寫入 shared memory 的資料是「相同數字的字串」，因此，若觀察到以下的結果，表示 shm_read 與 shm_write 間存在 race condition 問題：

...
Message of Shared Memory: 98888888
Message of Shared Memory: 33333322
Message of Shared Memory: 11111111
Message of Shared Memory: 66666666
Message of Shared Memory: 44443333
Message of Shared Memory: 77777666
...

因此，使用 shared memory 做為 IPC 機制時，必須實作同步的演算法。由演算法層面來討論，我們區分以下 3 個層面的探討：

All Read：不需考慮 race condition。
1-Write、n-Read（n >= 1）
n-Write、n-Read（n >= 1）

可此可知，當「只有有人寫入 shared memory，便要考慮 race conditon 問題」。若由演算法層面來思考此問題，以下是相對較為單純簡單的做法：

1-Write、n-Read（n >= 1）：可使用 lock file 的機制。
n-Write、n-Read（n >= 1）：lock file 若是以 polling 方式做 waiting，必須配合 queue（或 circular queue）來實作，才能真正有效解決問題。

有機會的話，再跟大家分享朋友寫的 code。

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