基于多进程并发-进程通讯之共享内存(shared memmory)

一、什么是共享内存

操作系统对进程内存实现原理：
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。

共享内存的特点：
（1）共享内存是双向通信（全双工）。
（2）共享内存是IPC通信方式中速度最快的。它的数据传输不需要通过内核，直接在物理内存上进行通信。
（3）共享内存不支持同步与互斥
（4）共享内存的生命周期随进程
（5）共享内存可用于任意多个进程，支持随机访问

二、共享内存的过程

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 
#include  
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;
}

2、processB demo

#include   
#include   
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;
}

四、共享内存的问题

使用共享内存通信⽅式，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。需要进行进程同步，如：信号量、进程锁等。

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