各平台共享内存的实现方式

UNIX

在内存共享问题上，UNIX历史上主要有两个标准：Posix与System V，相比来说Posix标准更符合统一风格要求，与文件系统结合，更易于使用。除了这两个标准，还有一种基于磁盘文件映射的机制。

Posix

Posix标准提供一种共享内存文件设备，通过访问共享内存文件设备来实现进程间的数据共享。共享内存文件是通过shm_open创建，通过shm_unlink删除，这和普通文件的创建很相似。shm_open包含创建与打开两个动作，如果已经存在的话，也是通过shm_open打开。可以指定一些flag规定shm_open的行为，比如不存在时是否创建，是否排出已存在的实例，以及打开的读写权限。

       #include <sys/mman.h>
       #include <sys/stat.h>        /* For mode constants */
       #include <fcntl.h>           /* For O_* constants */

       int shm_open(const char *name, int oflag, mode_t mode);

       int shm_unlink(const char *name);

刚创建的共享内存文件长度为0，一般需要马上扩展其长度，和普通文件一样，通过 ftruncate调整长度。

       #include <unistd.h>
       #include <sys/types.h>

       int ftruncate(int fd, off_t length);

在共享内存不使用的时候，通过close关闭，和普通文件关闭的接口是同一个。关闭不会删除共享内存文件，即使最后一个打开被close了也不会删除，之后还可以再打开。只有调用shm_unlink才会删除共享内存文件。

       #include <unistd.h>

       int close(int fd);

如果要访问共享数据，需要将共享内存文件映射到进程空间，mmap被用来实现这个映射，而munmap解除相应的映射。mmap还有其他的应用方式，与系统内存相关的操作几乎都离不开mmap和munmap。

       #include <sys/mman.h>

       void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
                  int fd, off_t offset);
       int munmap(void *addr, size_t length);

System V

System V共享内存是System V IPC的成员，没有与文件绑定，但是通过ipc命令如ipcs，ipcrm可以操作System V IPC对象。输入ipcs命令会打印下面的内容：

------ Shared Memory Segments --------
key        shmid      owner      perms      bytes      nattch     status      

------ Semaphore Arrays --------
key        semid      owner      perms      nsems     

------ Message Queues --------
key        msqid      owner      perms      used-bytes   messages    

其中Shared Memory Segments就是共享内存。

可以看到ipc对象的前四项属性是所有ipc类型都有的，key是访问的索引值，打开时由使用者指定；id是ipc内部分配的编号，在打开时返回；owner是所有者id；perms是权限信息。

在命令行中，可以通过ipcrm命令删除ipc对象。ipcrm的参数指定删除那种对象，-m表示共享内存（Shared Memory Segments），-s表示信号量集（Semaphore Arrays），-q表示消息队列（Message Queues），也可以是大写的-M、-S、-Q，小写使用内部id查找，大写使用key查找。在ipc对象被删除后，内部id会变成0，就不能再被打开了。

打开和创建System V共享内存的接口是shmget，key可以随便指定，保证唯一且不等于-1就行。

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

也可以通过库函数 ftok 来生成一个唯一的key。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

ftok使用一个文件名和一个唯一id作为参数，这个id虽然是int类型，但是只有8位被使用，所以只能传一个字节，另外标准中规定不能为0。

 

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

int shmdt(const void *shmaddr);

 

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

 

File Map

       #include <sys/types.h>
       #include <sys/stat.h>
       #include <fcntl.h>

       int open(const char *pathname, int flags);
       int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

       int creat(const char *pathname, mode_t mode);

 

Windows

FileMapping

HANDLE WINAPI CreateFileMapping(
  __in      HANDLE hFile,
  __in_opt  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpAttributes,
  __in      DWORD flProtect,
  __in      DWORD dwMaximumSizeHigh,
  __in      DWORD dwMaximumSizeLow,
  __in_opt  LPCTSTR lpName
);

 

 

HANDLE WINAPI OpenFileMapping(
  __in  DWORD dwDesiredAccess,
  __in  BOOL bInheritHandle,
  __in  LPCTSTR lpName
);

 

BOOL WINAPI CloseHandle(
  __in  HANDLE hObject
);

 

LPVOID WINAPI MapViewOfFile(
  __in  HANDLE hFileMappingObject,
  __in  DWORD dwDesiredAccess,
  __in  DWORD dwFileOffsetHigh,
  __in  DWORD dwFileOffsetLow,
  __in  SIZE_T dwNumberOfBytesToMap
);

 

BOOL WINAPI UnmapViewOfFile(
  __in  LPCVOID lpBaseAddress
);

 

File Map

HANDLE WINAPI CreateFile(
  __in      LPCTSTR lpFileName,
  __in      DWORD dwDesiredAccess,
  __in      DWORD dwShareMode,
  __in_opt  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
  __in      DWORD dwCreationDisposition,
  __in      DWORD dwFlagsAndAttributes,
  __in_opt  HANDLE hTemplateFile
);

 

BOOL WINAPI CloseHandle(
  __in  HANDLE hObject
);