win32下進(jìn)程間通信(共享內(nèi)存)實(shí)例分析
一、概述
很多情況下在Windows程序中，各個(gè)進(jìn)程之間往往需要交換數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。WIN32 API提供了許多函數(shù)使我們能夠方便高效的進(jìn)行進(jìn)程間的通訊，通過(guò)這些函數(shù)我們可以控制不同進(jìn)程間的數(shù)據(jù)交換。
進(jìn)程間通訊(即：同機(jī)通訊)和數(shù)據(jù)交換有多種方式：消息、共享內(nèi)存、匿名（命名）管道、郵槽、Windows套接字等多種技術(shù)?！肮蚕韮?nèi)存”（shared memory）可以定義為對(duì)一個(gè)以上的進(jìn)程是可見(jiàn)的內(nèi)存或存在于多個(gè)進(jìn)程的虛擬地址空間。例如：如果兩個(gè)進(jìn)程使用相同的DLL，只把DLL的代碼頁(yè)裝入內(nèi)存一次，其他所有映射這個(gè)DLL的進(jìn)程只要共享這些代碼頁(yè)就可以了；利用消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)IPC雖然有交換的數(shù)據(jù)量小、攜帶的信息少等缺點(diǎn)，但由于其實(shí)現(xiàn)方便、應(yīng)用靈活而廣泛應(yīng)用于無(wú)須大量、頻繁數(shù)據(jù)交換的內(nèi)部進(jìn)程通訊系統(tǒng)之中。
二、同機(jī)進(jìn)程間共享內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)
采用內(nèi)存映射文件實(shí)現(xiàn)WIN32進(jìn)程間的通訊：Windows中的內(nèi)存映射文件的機(jī)制為我們高效地操作文件提供了一種途徑，它允許我們?cè)赪IN32進(jìn)程中保留一段內(nèi)存區(qū)域，把硬盤(pán)或頁(yè)文件上的目標(biāo)文件映射到這段虛擬內(nèi)存中。注意：在程序?qū)崿F(xiàn)中必須考慮各進(jìn)程之間的同步問(wèn)題。
具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
1、在服務(wù)器端進(jìn)程中調(diào)用內(nèi)存映射API函數(shù)CreateFileMapping創(chuàng)建一個(gè)有名字標(biāo)識(shí)的共享內(nèi)存；
函數(shù)CreateFileMapping原型如下：
HANDLE CreateFileMapping ( HANDLE hFile, // 映射文件的句柄，若設(shè)為0xFFFFFFFF(即：INVALID_HANDLE_VALUE)則創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程間共享的對(duì)象 LPSECURITY_ATTRIBUTES lpFileMappingAttributes, //安全屬性 DWORD flProtect, //保護(hù)方式 DWORD dwMaximumSizeHigh, //對(duì)象的大小 DWORD dwMaximumSizeLow, LPCTSTR lpName // 映射文件名，即共享內(nèi)存的名稱 );
與虛擬內(nèi)存類似，保護(hù)方式參數(shù)可以是PAGE_READONLY或是PAGE_READWRITE。如果多進(jìn)程都對(duì)同一共享內(nèi)存進(jìn)行寫(xiě)訪問(wèn)，則必須保持相互間同步。映射文件還可以指定PAGE_WRITECOPY標(biāo)志，可以保證其原始數(shù)據(jù)不會(huì)遭到破壞，同時(shí)允許其他進(jìn)程在必要時(shí)自由的操作數(shù)據(jù)的拷貝。
例如：創(chuàng)建一個(gè)名為“zzj”的長(zhǎng)度為4096字節(jié)的有名映射文件：
HANDLE m_hMapFile=CreateFileMapping((HANDLE)0xFFFFFFFF,NULL,PAGE_READWRITE,0,0x1000," zzj");
2、在創(chuàng)建文件映射對(duì)象后，服務(wù)器端進(jìn)程調(diào)用MapViewOfFile函數(shù)映射到本進(jìn)程的地址空間內(nèi)；
例：映射緩存區(qū)視圖
void* m_pBaseMapFile=MapViewOfFile(m_hMapFile,FILE_MAP_READ|FILE_MAP_WRITE,0,0,0);
3、客戶端進(jìn)程訪問(wèn)共享內(nèi)存對(duì)象，需要通過(guò)內(nèi)存對(duì)象名調(diào)用OpenFileMapping函數(shù)，以獲得共享內(nèi)存對(duì)象的句柄
HANDLE m_hMapFile =OpenFileMapping(FILE_MAP_WRITE,FALSE," zzj");
4、如果客戶端進(jìn)程獲得共享內(nèi)存對(duì)象的句柄成功，則調(diào)用MapViewOfFile函數(shù)來(lái)映射對(duì)象視圖。用戶可以使用該對(duì)象視圖來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作，以達(dá)到數(shù)據(jù)通訊的目的。
例：映射緩存區(qū)視圖
void* m_pBaseMapFile=MapViewOfFile(m_hMapFile,FILE_MAP_READ|FILE_MAP_WRITE,0,0,0);
5、當(dāng)用戶進(jìn)程結(jié)束使用共享內(nèi)存后，調(diào)用UnmapViewOfFile函數(shù)以取消其地址空間內(nèi)的視圖：
if (m_pBaseMapFile)
{
UnmapViewOfFile(m_pBaseMapFile);
SharedMapView=NULL;
}
三、使用文件映射實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存。
FileMapping用于將存在于磁盤(pán)的文件放進(jìn)一個(gè)進(jìn)程的虛擬地址空間，并在該進(jìn)程的虛擬地址空間中產(chǎn)生一個(gè)區(qū)域用于“存放”該文件，這個(gè)空間就叫做File View（存放在進(jìn)程的虛擬內(nèi)存中），系統(tǒng)并同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)File Mapping Object（存放于物理內(nèi)存中）用于維持這種映射關(guān)系，這樣當(dāng)多個(gè)進(jìn)程需要讀寫(xiě)那個(gè)文件的數(shù)據(jù)時(shí)，它們的File View其實(shí)對(duì)應(yīng)的都是同一個(gè)File Mapping Object，這樣做可節(jié)省內(nèi)存和保持?jǐn)?shù)據(jù)的同步性，并達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的。
當(dāng)然在一個(gè)應(yīng)用向文件中寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，其它進(jìn)程不應(yīng)該去讀取這個(gè)正在寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。這就需要進(jìn)行一些同步的操作。下邊來(lái)看一下具體的API。
CreateFileMaping的用法：
HANDLE CreateFileMapping( //返回FileMapping Object的句柄 HANDLE hFile, //想要產(chǎn)生映射的文件的句柄 LPSECURITY_ATTRIBUTES lpAttributes, //安全屬性（只對(duì)NT和2000生效） DWORD flProtect, //保護(hù)標(biāo)致 DWORD dwMaximumSizeHigh, //在DWORD的高位中存放 File Mapping Object //的大小 DWORD dwMaximumSizeLow, //在DWORD的低位中存放 File Mapping Object //的大小（通常這兩個(gè)參數(shù)有一個(gè)為0） LPCTSTR lpName //File Mapping Object的名稱。 );
1)物理文件句柄
任何可以獲得的物理文件句柄，如果你需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)物理文件無(wú)關(guān)的內(nèi)存映射也無(wú)妨，將它設(shè)置成為 0xFFFFFFFF(INVALID_HANDLE_VALUE)就可以了.
如果需要和物理文件關(guān)聯(lián)，要確保你的物理文件創(chuàng)建的時(shí)候的訪問(wèn)模式和"保護(hù)設(shè)置"匹配，比如:物理文件只讀，內(nèi)存映射需要讀寫(xiě)就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。推薦你的物理文件使用獨(dú)占方式創(chuàng)建。
如果使用 INVALID_HANDLE_VALUE，也需要設(shè)置需要申請(qǐng)的內(nèi)存空間的大小，無(wú)論物理文件句柄參數(shù)是否有效,這樣 CreateFileMapping就可以創(chuàng)建一個(gè)和物理文件大小無(wú)關(guān)的內(nèi)存空間給你,甚至超過(guò)實(shí)際文件大小，如果你的物理文件有效，而大小參數(shù)為0，則返回給你的是一個(gè)和物理文件大小一樣的內(nèi)存空間地址范圍。返回給你的文件映射地址空間是可以通過(guò)復(fù)制，集成或者命名得到，初始內(nèi)容為0。
2)保護(hù)設(shè)置
就是安全設(shè)置,不過(guò)一般設(shè)置NULL就可以了,使用默認(rèn)的安全配置. 在win2k下如果需要進(jìn)行限制,這是針對(duì)那些將內(nèi)存文件映射共享給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上面的應(yīng)用進(jìn)程使用是,可以考慮進(jìn)行限制.
3)高位文件大小
32位地址空間,設(shè)置為0。
4) 共享內(nèi)存名稱
命名可以包含 "Global"或者 "Local" 前綴在全局或者會(huì)話名空間初級(jí)文件映射.其他部分可以包含任何除了()以外的字符,可以參考 Kernel Object Name Spaces.
5)調(diào)用CreateFileMapping的時(shí)候GetLastError的對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤
ERROR_FILE_INVALID 如果企圖創(chuàng)建一個(gè)零長(zhǎng)度的文件映射,應(yīng)有此報(bào)
ERROR_INVALID_HANDLE 如果發(fā)現(xiàn)你的命名內(nèi)存空間和現(xiàn)有的內(nèi)存映射,互斥量,信號(hào)量,臨界區(qū)同名就麻煩了
ERROR_ALREADY_EXISTS 表示內(nèi)存空間命名已經(jīng)存在
使用函數(shù)CreateFileMapping創(chuàng)建一個(gè)想共享的文件數(shù)據(jù)句柄，然后使用MapViewOfFile來(lái)獲取共享的內(nèi)存地址，然后使用OpenFileMapping函數(shù)在另一個(gè)進(jìn)程里打開(kāi)共享文件的名稱，這樣就可以實(shí)現(xiàn)不同的進(jìn)程共享數(shù)據(jù)。
代碼示例：這個(gè)程序包括一個(gè)客戶端和一個(gè)服務(wù)端，服務(wù)端創(chuàng)建共享內(nèi)存，客戶端打開(kāi)共享內(nèi)存，兩者通過(guò)兩個(gè)事件互斥訪問(wèn)共享內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)一個(gè)小功能，就是服務(wù)端進(jìn)程從控制臺(tái)讀入數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端進(jìn)程。
服務(wù)端：
#include "stdafx.h"
#include <Windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
HANDLE hMutex = NULL;
HANDLE hFileMapping = NULL;
LPVOID lpShareMemory = NULL;
HANDLE hServerWriteOver = NULL;
HANDLE hClientReadOver = NULL;
//create share memory
hFileMapping = CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE,
NULL,
PAGE_READWRITE,
0,
1024*1024,
L"ShareMemoryTest");
if (NULL == hFileMapping)
{
cout << "CreateFileMapping fail:" << GetLastError() << endl;
goto SERVER_SHARE_MEMORY_END;
}
lpShareMemory = MapViewOfFile(hFileMapping,
FILE_MAP_ALL_ACCESS,
0,
0, //memory start address
0); //all memory space
if (NULL == lpShareMemory)
{
cout << "MapViewOfFile" << GetLastError() << endl;
goto SERVER_SHARE_MEMORY_END;
}
hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, L"SM_Mutex");
if (NULL == hMutex || ERROR_ALREADY_EXISTS == GetLastError())
{
cout << "CreateMutex" << GetLastError() << endl;
goto SERVER_SHARE_MEMORY_END;
}//多個(gè)線程互斥訪問(wèn)
//send data
hServerWriteOver = CreateEvent(NULL,
TRUE,
FALSE,
L"ServerWriteOver");
hClientReadOver = CreateEvent(NULL,
TRUE,
FALSE,
L"ClientReadOver");
if (NULL == hServerWriteOver ||
NULL == hClientReadOver)
{
cout << "CreateEvent" << GetLastError() << endl;
goto SERVER_SHARE_MEMORY_END;
}
char p = 0;
char* q = (char*)lpShareMemory;
do
{
p = getchar();
if (WaitForSingleObject(hClientReadOver, 5*1000) != WAIT_OBJECT_0)
goto SERVER_SHARE_MEMORY_END;
q[0] = p;
if (!ResetEvent(hClientReadOver)) goto SERVER_SHARE_MEMORY_END;//把指定的事件對(duì)象設(shè)置為無(wú)信號(hào)狀態(tài)
if (!SetEvent(hServerWriteOver)) goto SERVER_SHARE_MEMORY_END;//把指定的事件對(duì)象設(shè)置為有信號(hào)狀態(tài)
} while (p != '\n');
SERVER_SHARE_MEMORY_END:
//release share memory
if (NULL != hServerWriteOver) CloseHandle(hServerWriteOver);
if (NULL != hClientReadOver) CloseHandle(hClientReadOver);
if (NULL != lpShareMemory) UnmapViewOfFile(lpShareMemory);
if (NULL != hFileMapping) CloseHandle(hFileMapping);
if (NULL != hMutex) ReleaseMutex(hMutex);
return 0;
}
客戶端：
#include "stdafx.h"
#include <Windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
HANDLE hMutex = NULL;
HANDLE hFileMapping = NULL;
LPVOID lpShareMemory = NULL;
HANDLE hServerWriteOver = NULL;
HANDLE hClientReadOver = NULL;
hMutex = OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS,
FALSE,
L"SM_Mutex");
if (NULL == hMutex)
{
if (ERROR_FILE_NOT_FOUND == GetLastError())
{
cout << "OpenMutex fail: file not found!" << endl;
goto CLIENT_SHARE_MEMORY_END;
}
else
{
cout << "OpenMutex fail:" << GetLastError() << endl;
goto CLIENT_SHARE_MEMORY_END;
}
}
if (WaitForSingleObject(hMutex, 5000) != WAIT_OBJECT_0)//hMutex 一旦互斥對(duì)象處于有信號(hào)狀態(tài)，則該函數(shù)返回
{
DWORD dwErr = GetLastError();
goto CLIENT_SHARE_MEMORY_END;
}
//open share memory
hFileMapping = OpenFileMapping(FILE_MAP_ALL_ACCESS,
FALSE,
L"ShareMemoryTest");
if (NULL == hFileMapping)
{
cout << "OpenFileMapping" << GetLastError() << endl;
goto CLIENT_SHARE_MEMORY_END;
}
lpShareMemory = MapViewOfFile(hFileMapping,
FILE_MAP_ALL_ACCESS,
0,
0,
0);
if (NULL == lpShareMemory)
{
cout << "MapViewOfFile" << GetLastError() << endl;
goto CLIENT_SHARE_MEMORY_END;
}
//read and write data
hServerWriteOver = CreateEvent(NULL,
TRUE,
FALSE,
L"ServerWriteOver");
hClientReadOver = CreateEvent(NULL,
TRUE,
FALSE,
L"ClientReadOver");
if (NULL == hServerWriteOver ||
NULL == hClientReadOver)
{
cout << "CreateEvent" << GetLastError() << endl;
goto CLIENT_SHARE_MEMORY_END;
}
char p = 0;
char* q = (char*)lpShareMemory;
do
{
if (!SetEvent(hClientReadOver))
goto CLIENT_SHARE_MEMORY_END;
if (WaitForSingleObject(hServerWriteOver, INFINITE) != WAIT_OBJECT_0)
goto CLIENT_SHARE_MEMORY_END;
p = q[0];
putchar(p);
if (!ResetEvent(hServerWriteOver))
goto CLIENT_SHARE_MEMORY_END;
} while (p != '\n');
CLIENT_SHARE_MEMORY_END:
//release share memory
if (NULL != hServerWriteOver) CloseHandle(hServerWriteOver);
if (NULL != hClientReadOver) CloseHandle(hClientReadOver);
if (NULL != lpShareMemory) UnmapViewOfFile(lpShareMemory);
if (NULL != hFileMapping) CloseHandle(hFileMapping);
if (NULL != hMutex) ReleaseMutex(hMutex);
return 0;
}
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