Linux ipc_alloc_permm ipc权限结构体分配与refcnt
Linux ipc_alloc_permm ipc权限结构体分配与refcnt
ipc_alloc_permm是ipc/util.c中的关键辅助函数，负责为System V IPC对象分配包含struct kern_ipc_perm权限结构体的内存块。该函数被semget、msgget、shmget三个路径的通用分配器ipc_addid调用，返回已清零的权限结构体指针。
函数签名：
```c
struct kern_ipc_perm *ipc_alloc_permm(struct ipc_namespace *ns,
size_t total_size, int id_shift)
{
struct kern_ipc_perm *perm;
int i;
perm = kvmalloc(total_size, GFP_KERNEL_ACCOUNT);
if (!perm)
return NULL;
memset(perm, 0, total_size);
/* 初始化公用部分 */
spin_lock_init(&perm->lock);
perm->deleted = false;
perm->id_shift = id_shift;
perm->ns = ns;
refcount_set(&perm->refcount, 1);
/* 初始化key哈希节点 */
INIT_LIST_NODE(&perm->key_list);
return perm;
}
```
total_size参数由各IPC对象决定：
- 信号量：sizeof(struct sem_array) + nsems * sizeof(struct sem)
- 消息队列：sizeof(struct msg_queue)
- 共享内存：sizeof(struct shmid_kernel)
ipc_alloc_permm使用kvmalloc分配，允许在需要时通过vmalloc后备，避免物理连续内存压力下的分配失败。GFP_KERNEL_ACCOUNT表示该内存计入当前cgroup的内存账户。
struct kern_ipc_perm是所有IPC对象权限结构体的基类：
```c
struct kern_ipc_perm {
spinlock_t lock; /* 保护IPC对象的自旋锁 */
bool deleted; /* 标记是否已被删除 */
int id_shift; /* ID生成移位 */
struct ipc_namespace *ns; /* 所属命名空间 */
refcount_t refcount; /* 引用计数 */
struct list_head key_list; /* 挂入rhashtable的key链 */
/* 以下字段用于权限校验 */
key_t key; /* IPC key */
kuid_t uid; /* 所有者uid */
kgid_t gid; /* 所有者gid */
kuid_t cuid; /* 创建者uid */
kgid_t cgid; /* 创建者gid */
umode_t mode; /* 访问权限模式 */
unsigned short seq; /* 序列号 */
unsigned short size; /* 用于信号量时存储sem_nsems */
};
```
refcount_t是内核引入的原子引用计数器，替换了早期atomic_t。refcount_t提供的溢出保护可以检测refcount_inc/dec的不匹配使用：
```c
void ipc_rcu_getref(struct kern_ipc_perm *perm)
{
refcount_inc(&perm->refcount);
}
void ipc_rcu_putref(struct kern_ipc_perm *perm,
void (*free_func)(struct rcu_head *head))
{
if (refcount_dec_and_test(&perm->refcount)) {
call_rcu(&perm->rcu, free_func);
}
}
```
ipc_rcu_putref在引用计数降为零时通过call_rcu将释放操作推迟到RCU宽限期之后。free_func函数释放整个IPC对象内存，例如sem_rcu_free、msg_rcu_free、shm_rcu_free。这种设计确保了读者在RCU读锁保护下安全访问IPC对象后，对象不会在释放途中被并发读取：
```c
static void sem_rcu_free(struct rcu_head *head)
{
struct kern_ipc_perm *p = container_of(head,
struct kern_ipc_perm, rcu);
kvfree(p);
}
```
refcount的递增发生在以下场景：
1. ipc_addid中分配成功后设为1（初始引用）
2. ipc_rcu_getref在ipc_lock和ipc_obtain_object_idr时被调用，持有锁期间增加引用防止释放
3. shmat增加shm_file引用但不直接增加kern_ipc_perm引用，通过file结构间接管理
4. semop和msgrcv/msgsnd在操作期间通过ipc_lock获取引用
ipc_addid是分配新IPC对象的公共入口，在ipc_alloc_permm之后将结构体加入idr和key哈希表：
```c
int ipc_addid(struct ipc_ids *ids, struct kern_ipc_perm *new,
int max_id)
{
int idx;
int id;
idr_preload(GFP_KERNEL);
/* 在idr中分配ID */
idx = idr_alloc_cyclic(&ids->ipcs_idr, new, 0, max_id,
GFP_NOWAIT);
idr_preload_end();
if (idx < 0)
return idx;
/* 计算外界可见的IPC ID */
id = (idx + SEQ_MULTIPLIER * new->seq);
new->id = id;
/* 将key插入哈希表 */
if (new->key != IPC_PRIVATE)
rhltable_insert(&ids->key_ht, &new->key_list,
ipc_kht_params);
ids->in_use++;
new->deleted = false;
return id;
}
```
ID计算使用序列号seq和索引idx组合，避免重用同一索引时发生ID冲突：ipc_id = (idx + seq * SEQ_MULTIPLIER)，SEQ_MULTIPLIER为IPCMNI（32768）。这种设计确保IPC ID不因连续创建/销毁而迅速回绕。
ipc_findkey利用rhashtable在O(1)时间内查找key对应的IPC对象。如果多个IPC对象共享相同key（在IPC_PRIVATE之外不允许），key_list链表会保存多个条目。rhashtable的查找进入RCU域，因此refcount的递增必须保证对象不被并行删除。