shared memory with mutex

많은 분들이 pthread의 mutex를 thread 기반 프로그래밍에서만 사용할 수 있다고 생각합니다. 공유메모리를 사용하는 멀티 프로세스 환경에서도 Lock, Unlock을 위해 pthread_mutex를 사용할 수 있습니다. 아래 코드는 master와 slave로 나눠 2개의 프로세스가 공유메모리에 대해 접근하기 위한 방법입니다.

공유메모리에 pthread_mutex_t와 int형 변수를 가진 구조체를 올려두고 각 프로세스에선 mmap으로 매핑하여 사용합니다. 이때 자원을 함께 접근하여 사용하기 위해서는 pthread_mutex_t가 2개의 프로세스가 공유해야 하는데요, 그러긴 위해선 mutex의 attribute를 PTHREAD_PROCESS_SHARED로 설정해줘야 합니다. 아래 코드 중 69,70번 라인을 보시면 됩니다!

pthread\_mutexattr\_init(&mtx\_attr);

ret \= pthread\_mutexattr\_setpshared(&mtx\_attr, PTHREAD\_PROCESS\_SHARED);

[shm_mutex_master.c]

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>

#define retm_if(expr, val, msg) do { \
    if (expr) \
    { \
        printf("%s\n", (msg)); \
        return (val); \
    } \
} while(0)

#define retv_if(expr, val) do { \
    if (expr) \
    { \
        return (val); \
    } \
} while(0)

#define rete_if(expr, val, msg) do { \
    if (expr) \
    { \
        printf("%s, errno : %d, errstr : %s\n", msg, errno, strerror(errno)); \
        return (val); \
    } \
} while(0)


#define SHM_NAME "shm_mem_test"

typedef struct shm_struct {
    pthread_mutex_t mtx;
    int idx;
} shm_struct_t;

static shm_struct_t* shm;
static pthread_mutexattr_t mtx_attr;

static int __init_shared_memory(void)
{
    int ret;
    int shm_fd;
    int shm_size;

    shm_fd = shm_open(SHM_NAME, O_CREAT | O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);
    if (shm_fd == -1) {
        printf("shm_open %d %s\n", errno, strerror(errno));
        return -1;
    }

    shm_size = sizeof(shm_struct_t);
    ret = ftruncate(shm_fd, shm_size);
    rete_if(ret == -1, ret, "ftruncate");

    shm = (shm_struct_t*)mmap(NULL, shm_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
    retm_if(shm == MAP_FAILED, -1, "mmap()");

    close(shm_fd);

    memset(shm, 0, shm_size);

    pthread_mutexattr_init(&mtx_attr);
    ret = pthread_mutexattr_setpshared(&mtx_attr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
    rete_if(ret != 0, ret, "pthread_mutexattr_setpshared");

    ret = pthread_mutex_init(&shm->mtx, &mtx_attr);
    rete_if(ret != 0, ret, "pthread_mutex_init");

    return 0;
}

static int __destory_shared_memory(void)
{
    pthread_mutex_destroy(&shm->mtx);
    pthread_mutexattr_destroy(&mtx_attr);

    munmap(shm, sizeof(shm_struct_t));
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    int ret;
    int i;

    ret = __init_shared_memory();
    retm_if(ret != 0, ret, "__init_shared_memory");

    while (shm->idx < 10);

    for (i = 0; i < 1000000; i++)
    {
        pthread_mutex_lock(&shm->mtx);
        shm->idx++;
        pthread_mutex_unlock(&shm->mtx);
    }

    sleep(10);
    __destory_shared_memory();

    return 0;
}

[shm_mutex_slave.c]

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>

#define retm_if(expr, val, msg) do { \
    if (expr) \
    { \
        printf("%s\n", (msg)); \
        return (val); \
    } \
} while(0)

#define retv_if(expr, val) do { \
    if (expr) \
    { \
        return (val); \
    } \
} while(0)

#define rete_if(expr, val, msg) do { \
    if (expr) \
    { \
        printf("%s, errno : %d, errstr : %s\n", msg, errno, strerror(errno)); \
        return (val); \
    } \
} while(0)


#define SHM_NAME "shm_mem_test"

typedef struct shm_struct {
    pthread_mutex_t mtx;
    int idx;
} shm_struct_t;

static shm_struct_t* shm;

static int __init_shared_memory(void)
{
    int ret;
    int shm_fd;
    int shm_size;

    shm_fd = shm_open(SHM_NAME, O_CREAT | O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);
    if (shm_fd == -1) {
        printf("shm_open %d %s\n", errno, strerror(errno));
        return -1;
    }

    shm_size = sizeof(shm_struct_t);
    ret = ftruncate(shm_fd, shm_size);
    rete_if(ret == -1, ret, "ftruncate");

    shm = (shm_struct_t*)mmap(NULL, shm_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
    retm_if(shm == MAP_FAILED, -1, "mmap()");

    close(shm_fd);


    return 0;
}

static int __destory_shared_memory(void)
{
    munmap(shm, sizeof(shm_struct_t));
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    int ret;
    int i;

    ret = __init_shared_memory();
    retm_if(ret != 0, ret, "__init_shared_memory");

    for (i = 0; i < 1000000; i++)
    {
        pthread_mutex_lock(&shm->mtx);
        shm->idx++;
        pthread_mutex_unlock(&shm->mtx);
    }

    __destory_shared_memory();

    return 0;
}

위와 같이 컴파일 한 후 컴파일되어 생성된 ELF 파일을 shm_mutex_master와 shm_mutex_slave를 순서대로 실행해줍니다.

그럼 pthread_mutex_t 변수를 프로세스 간 공유하며 mutex를 이용해 자원을 서로 사용할 수 있습니다.

감사합니다.