【并发编程四】c++进程通信——共享内存（shared memmory）

  • 一、共享内存（shared memmory）
  • 二、共享内存的过程
  • 1、processA 写入共享内存
  • 2、processB 读取共享内存
  • 三、代码demo
  • 1、processA demo
  • 2、processB demo
  • 四、输出
  • 五 、共享内存的问题

 

java 进程 共享内存 java c++ 共享内存_共享内存

一、共享内存（shared memmory）

消息队列的读取和写⼊的过程，都会有发⽣⽤户态与内核态之间的消息拷⻉过程。那共享内存的⽅式，就很好的解决了这⼀问题。

现代操作系统，对于内存管理，采⽤的是虚拟内存技术，也就是每个进程都有⾃⼰独⽴的虚拟内存空间，不同进程的虚拟内存映射到不同的物理内存中。所以，即使进程 A中 和 进程 B中 的虚拟地址是⼀样的，其实访问的是不同的物理内存地址，对于数据的增删查改互不影响。

共享内存的机制，就是拿出⼀块虚拟地址空间来，映射到相同的物理内存中。这样这个进程写⼊的东⻄，另外⼀个进程⻢上就能看到了，都不需要拷⻉来拷⻉去，传来传去，⼤⼤提⾼了进程间通信的速度。

二、共享内存的过程

java 进程 共享内存 java c++ 共享内存_数据_02

我们以进程processA写，processB写为例，讲述下共享内存的过程

1、processA 写入共享内存

  • CreateFileMapping： 创建命名的内存映射文件对象 , Windows 即在物理内存申请一块指定大小的内存区域 , 返回文件映射对象的句柄 hMap ;
  • MapViewOfFile：为了能够访问这块内存区域 , 促使 Windows 将此内存空间映射到进程的地址空间中;
  • 通过句柄，把信息写入共享内存。

2、processB 读取共享内存

  • OpenFileMapping：打开共享内存。当在进程processB访问processA创建的内存区域时 , 则必须使用 OpenFileMapping 函数取得对象句柄hMap ,
  • MapViewOfFile：得到此内存空间的一个映射 , 这样系统就把同一块内存区域映射到了本进程的地址空间中 ,
  • 通过句柄，把共享内存信息的拷贝到进程的变量内。（其实，通过句柄，你已经可以看到共享内存的数据了，是否拷贝，是业务逻辑的事情）

这样就达到了共享内存的目的。

三、代码demo

1、processA demo

  • 只要不关闭共享内存的句柄，此创建共享内存的进程还在，其他进程就可以读取共享内存。
// main.cpp
#include <windows.h>
#include <iostream> 
using namespace std;

#define BUF_SIZE 4096

int main(int argc, TCHAR* argv[])
{
    // 定义共享数据
    char szBuffer[] = "Hello Shared Memory";

    // 创建共享文件句柄 
    HANDLE hMapFile = CreateFileMapping(
        INVALID_HANDLE_VALUE,   // 物理文件句柄
        NULL,                   // 默认安全级别
        PAGE_READWRITE,         // 可读可写
        0,                      // 高位文件大小
        BUF_SIZE,               // 地位文件大小
        "ShareMemory"           // 共享内存名称
    );

    // 映射缓存区视图 , 得到指向共享内存的指针
    LPVOID lpBase = MapViewOfFile(
        hMapFile,               // 共享内存的句柄
        FILE_MAP_ALL_ACCESS,    // 可读写许可
        0,
        0,
        BUF_SIZE
    );

    // 将数据拷贝到共享内存
    strcpy((char*)lpBase, szBuffer);
    cout << "存放入共享内存的数据：" << (char*)lpBase << endl;

    // 解除文件映射
    UnmapViewOfFile(lpBase);
    
    system("pause"); //等待其他进程读取数据

    // 关闭内存映射文件对象句柄,只要不关闭共享内存的句柄，此进程还在，其他进程就可以读取共享内存。
    //CloseHandle(hMapFile);
    return 0;
}
CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 3.8.0)

PROJECT(process)

ADD_EXECUTABLE(processA main.cpp)

ADD_SUBDIRECTORY(processB)

SET(EXECUTABLE_OUTPUT_PATH "${PROJECT_SOURCE_DIR}/lib")

2、processB demo

#include <iostream>  
#include <windows.h>  
using namespace std;

#define BUF_SIZE 4096

int main()
{
    cout << "processB" << endl << endl;

    // 打开共享的文件对象
    HANDLE hMapFile = OpenFileMapping(FILE_MAP_ALL_ACCESS, NULL, "ShareMemory");
    if (hMapFile)
    {
        LPVOID lpBase = MapViewOfFile(hMapFile, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, 0);
        // 将共享内存数据拷贝出来
        char szBuffer[BUF_SIZE] = { 0 };
        strcpy(szBuffer, (char*)lpBase);
        cout << "读取共享内存数据：" << szBuffer << endl;

        // 解除文件映射
        UnmapViewOfFile(lpBase);
        // 关闭内存映射文件对象句柄
        CloseHandle(hMapFile);
    }
    else
    {
        // 打开共享内存句柄失败
        cout << "Open Mapping Error";
    }
    system("pause");
    return 0;
}

 

CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 3.8.0)

SET(TARGET "childprocess")

ADD_EXECUTABLE(processB main.cpp)

SET(LIBRARY_OUTPUT_PATH "${PROJECT_SOURCE_DIR}/lib")
SET(EXECUTABLE_OUTPUT_PATH "${PROJECT_SOURCE_DIR}/lib")

 

四、输出

因为之前的文章都有使用cmake编译的指令，后面就不再单独介绍了。
cmake -B build
cmake --build build

输出


五 、共享内存的问题

⽤了共享内存通信⽅式，带来新的问题，那就是如果多个进程同时修改同⼀个共享内存，很有可能就冲突了。例如两个进程都同时写⼀个地址，那先写的那个进程会发现内容被别⼈覆盖了。
为了防⽌多进程竞争共享资源，⽽造成的数据错乱，所以需要保护机制，使得共享的资源，在任意时刻只
能被⼀个进程访问。正好，信号量就实现了这⼀保护机制。
下一篇介绍信号量。

参考：
1、图解操作系统。
2、Windows上C++使用共享内存进行进程间通讯