Linux ipcns_notify ipc命名空间变更与sysctl接口

Linux ipcns_notify ipc命名空间变更与sysctl接口

ipc_namespace是Linux命名空间机制中管理System V IPC和POSIX消息队列的容器。当通过unshare(CLONE_NEWIPC)或setns创建新的ipc_namespace时，内核调用create_ipc_ns初始化独立信号量、消息队列和共享内存的管理状态。ipcns_notify机制负责在命名空间变更时向用户态通知，并提供sysctl内核参数接口。

struct ipc_namespace是IPC子系统在各个命名空间中的独立副本：

```c
struct ipc_namespace {
struct ns_common ns;
struct uid_gid_map uid_map;
struct uid_gid_map gid_map;
struct user_namespace *user_ns;
struct ucounts *ucounts;
int count;

/* System V信号量 */
struct ipc_ids sem_ids;
int sc_semmni; /* 信号量集标识符上限 */
int sc_semmsl; /* 每集信号量上限 */
int sc_semmns; /* 系统信号量总数上限 */
int sc_semopm; /* 每次semop的操作上限 */
int sc_semmnu; /* undo结构上限 */

/* System V消息队列 */
struct ipc_ids msg_ids;
int msg_ctlmax; /* 单个消息上限 */
int msg_ctlmnb; /* 队列字节上限 */
int msg_ctlmni; /* 队列数上限 */

/* System V共享内存 */
struct ipc_ids shm_ids;
unsigned long shm_ctlmax;
unsigned long shm_ctlall;
int shm_ctlmni;
int shm_rmid_forced;

/* POSIX消息队列 */
int mq_queues_max; /* 最大队列数 */
int mq_queues_count; /* 当前队列数 */
...
};

static struct ipc_namespace *create_ipc_ns(struct user_namespace *user_ns,
struct ipc_namespace *old_ns)
{
struct ipc_namespace *ns;
int err;

ns = kzalloc(sizeof(struct ipc_namespace), GFP_KERNEL);
if (!ns)
return ERR_PTR(-ENOMEM);

err = sem_init_ns(ns);
if (err)
goto fail;
err = msg_init_ns(ns);
if (err)
goto fail_sem;
err = shm_init_ns(ns);
if (err)
goto fail_msg;

kref_init(&ns->count);
ns->user_ns = get_user_ns(user_ns);
ns->ucounts = inc_ipc_namespaces(user_ns);
...
return ns;
}
```

每个IPC子系统的初始化函数sem_init_ns、msg_init_ns、shm_init_ns分别调用ipc_init_ids初始化各自的struct ipc_ids基树。每个ipc_ids包含一个struct idr（基数树），用于分配和查找IPC对象ID：

```c
struct ipc_ids {
int in_use; /* 当前使用中的对象数量 */
unsigned short seq; /* ID序列号 */
unsigned short seq_max; /* 序列号上限 */
struct rhashtable key_ht; /* key哈希表 */
struct idr ipcs_idr; /* ID分配基数树 */
};

static int __init ipc_init_ids(struct ipc_ids *ids, int min_id, int max_id)
{
ids->in_use = 0;
ids->seq = 0;
ids->seq_max = SEQ_MULTIPLIER * IPCMNI;
idr_init(&ids->ipcs_idr);
rhltable_init(&ids->key_ht, &ipc_key_rht_params);
return 0;
}
```

sysctl接口在kernel/sysctl.c或ipc/sysctl.c中注册。这些sysctl项使管理员可以在运行期调整每个命名空间的IPC限制：

```c
static struct ctl_table ipc_sysctls[] = {
{
.procname = "msgmax",
.data = &init_ipc_ns.msg_ctlmax,
.maxlen = sizeof(int),
.mode = 0644,
.proc_handler = proc_ipc_dointvec_minmax,
.extra1 = SYSCTL_ZERO,
.extra2 = SYSCTL_INT_MAX,
},
{
.procname = "msgmnb",
.data = &init_ipc_ns.msg_ctlmnb,
.maxlen = sizeof(int),
.mode = 0644,
.proc_handler = proc_ipc_dointvec_minmax,
},
{
.procname = "msgmni",
.data = &init_ipc_ns.msg_ctlmni,
.maxlen = sizeof(int),
.mode = 0644,
.proc_handler = proc_ipc_dointvec_minmax,
},
{
.procname = "sem",
.data = &init_ipc_ns.sem_ctls,
.maxlen = 4 * sizeof(int),
.mode = 0644,
.proc_handler = proc_ipc_sem_dointvec,
},
{
.procname = "shmall",
.data = &init_ipc_ns.shm_ctlall,
.maxlen = sizeof(unsigned long),
.mode = 0644,
.proc_handler = proc_ipc_doulongvec_minmax,
},
{
.procname = "shmmax",
.data = &init_ipc_ns.shm_ctlmax,
.maxlen = sizeof(unsigned long),
.mode = 0644,
.proc_handler = proc_ipc_doulongvec_minmax,
},
{
.procname = "shmmni",
.data = &init_ipc_ns.shm_ctlmni,
.maxlen = sizeof(int),
.mode = 0644,
.proc_handler = proc_ipc_dointvec_minmax,
},
{ }
};
```

proc_ipc_dointvec_minmax处理器在写入时验证值在[extra1, extra2]范围内。proc_ipc_sem_dointvec专门处理4个整数的semaphore sysctl数据。

命名空间notify机制通过register_pernet_subsys向pernet_list注册回调，在namespace创建或销毁时自动调用。IPC相关的pernet_operations包括：

```c
static struct pernet_operations sysvipc_sysctl_ops = {
.init = sysvipc_sysctl_init,
.exit = sysvipc_sysctl_exit,
};
```

当新ipc_namespace创建完成后，sysvipc_sysctl_init在其中注册独立的sysctl条目。进程通过/proc/sys/kernel/下的IPC参数修改的是当前命名空间的init_ipc_ns，但非init命名空间的IPC sysctl自身通过/proc/self/ns/ipc隔离。每个命名空间的shm_rmid_forced等参数独立可配置，互不影响。