파이썬 SharedMemory 사용 시 자동으로 unlink가 호출되는 문제

2022년 10월 28일 작성

문제점

Python 3.8에서 추가된 multiprocessing.shared_memory 모듈의 SharedMemory를 사용하는 경우,
SharedMemory를 사용하던 프로세스가 종료되었을 때, 연결된 공유 메모리 블록까지 릴리즈되어 다른 프로세스에서 사용이 불가능한 문제 발생한다.
- SharedMemory 세그먼트를 프로세스의 종료와 관계 없이 유지하는 시나리오도 존재할 수 있지만, 파이썬에서는 memory leak로 판단하고 강제로 릴리즈함으로써 발생한다.
Python 3.8 ~ 3.11에서 발생한다.

문제 재현 시나리오

(파이썬 프로세스 $P_1$ , $P_2$ , $P_3$ 가 같은 공유 메모리 블록에 접근하려는 상황)

$P_1$ 이 SharedMemory를 생성

$P_2$ 가 해당 공유 메모리 블록에 접근하고, 작업을 처리한 후 프로세스 종료

Warning 발생

UserWarning: resource_tracker: There appear to be 1 leaked shared_memory objects to clean up at shutdown
  warnings.warn('resource_tracker: There appear to be %d '

$P_3$ 가 해당 공유 메모리 블록에 접근 시도
- 에러 발생
```
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/test'
```

from multiprocessing.shared_memory import SharedMemory

### Process 1
shm = SharedMemory(name='test', create=True, size=4096)
# 대기

### Process 2
shm = SharedMemory(name='test', create=False)
# ...
exit()
# Warning 발생

### Process 3
shm = SharedMemory(name='test', create=False)
# 에러 발생

문제 원인

multiprocessing 라이브러리에는 ResourceTracker가 존재하며, SharedMemory 오브젝트 생성 시 해당 오브젝트는 ResourceTracker의 감시 대상에 등록된다. (create=True인 경우나 False인 경우 모두 포함) [1]

### Lib/multiprocessing/shared_memory.py

class SharedMemory:
	# ...

	def __init__(self, name=None, create=False, size=0):
		  # ...
		
		  if _USE_POSIX:
		
		      # POSIX Shared Memory
		
		      if name is None:
		          while True:
		              name = _make_filename()
		              try:
		                  self._fd = _posixshmem.shm_open(
		                      name,
		                      self._flags,
		                      mode=self._mode
		                  )
		              except FileExistsError:
		                  continue
		              self._name = name
		              break
		      else:
		          name = "/" + name if self._prepend_leading_slash else name
		          self._fd = _posixshmem.shm_open(
		              name,
		              self._flags,
		              mode=self._mode
		          )
		          self._name = name
		      try:
		          if create and size:
		              os.ftruncate(self._fd, size)
		          stats = os.fstat(self._fd)
		          size = stats.st_size
		          self._mmap = mmap.mmap(self._fd, size)
		      except OSError:
		          self.unlink()
		          raise
		
		      resource_tracker.register(self._name, "shared_memory")

ResourceTracker는 파이썬 프로세스 종료 시 unlink 되지 않은 SharedMemory 오브젝트가 있다면 경고를 날리며 unlink를 호출한다. [2] (leak으로 간주)

### Lib/multiprocessing/resource_tracker.py

# Line 49-51
_CLEANUP_FUNCS.update({
    'shared_memory': _posixshmem.shm_unlink,
})

# Line 229-239
for name in rtype_cache:
	  # For some reason the process which created and registered this
	  # resource has failed to unregister it. Presumably it has
	  # died.  We therefore unlink it.
	  try:
	      try:
	          _CLEANUP_FUNCS[rtype](name)
		      except Exception as e:
	          warnings.warn('resource_tracker: %r: %s' % (name, e))
	  finally:
	      pass

해결 방법

ResourceTracker는 세마포어가 프로세스 종료에도 남아있는 상황을 피하기 위해 구현되었으나, SharedMemory에도 적용되어 잘못된 결과를 가져오는 버그가 되었다.
파이썬 이슈트래커에 이번 버그에 대해 논의가 있었고 솔루션도 제시되어 PR이 있지만, 2022.10.28기준 3.11 버전에서도 아직 머지되지 않았으며 방치된 상태이다.
- Issue #82300(bpo-38119), Issue #84180(bpo-39959), PR #15989(bpo-38119)
이슈 #84180에서 shared_memory.py 파일을 수정에 로컬로 사용하는 임시 솔루션을 제시한다. (해당 코멘트)

# Lib/multiprocessing/shared_memory.py

# Line 120
resource_tracker.register(self._name, "shared_memory")

# Lib/multiprocessing/shared_memory.py

# Line 120
if create:
		resource_tracker.register(self._name, "shared_memory")

혹은 라인 120을 아예 주석처리해서 ResourceTracker가 관여하지 못하게 할 수도 있다.

참고

[1] Lib/multiprocessing/shared_memory.py - Line 120 [2] Lib/multiprocessing/resource_tracker.py

Written by@Freckie

깃허브 스타될거야.

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