win32下進程間通信(共享內(nèi)存)實例分析

來源：本站原創(chuàng)|時間：2020-01-10|欄目：C語言|點擊：次

一、概述

很多情況下在Windows程序中，各個進程之間往往需要交換數(shù)據(jù)，進行數(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行進程間的通訊，通過這些函數(shù)我們可以控制不同進程間的數(shù)據(jù)交換。

進程間通訊(即：同機通訊)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）可以定義為對一個以上的進程是可見的內(nèi)存或存在于多個進程的虛擬地址空間。例如：如果兩個進程使用相同的DLL，只把DLL的代碼頁裝入內(nèi)存一次，其他所有映射這個DLL的進程只要共享這些代碼頁就可以了；利用消息機制實現(xiàn)IPC雖然有交換的數(shù)據(jù)量小、攜帶的信息少等缺點，但由于其實現(xiàn)方便、應(yīng)用靈活而廣泛應(yīng)用于無須大量、頻繁數(shù)據(jù)交換的內(nèi)部進程通訊系統(tǒng)之中。

二、同機進程間共享內(nèi)存的實現(xiàn)

采用內(nèi)存映射文件實現(xiàn)WIN32進程間的通訊：Windows中的內(nèi)存映射文件的機制為我們高效地操作文件提供了一種途徑，它允許我們在WIN32進程中保留一段內(nèi)存區(qū)域，把硬盤或頁文件上的目標(biāo)文件映射到這段虛擬內(nèi)存中。注意：在程序?qū)崿F(xiàn)中必須考慮各進程之間的同步問題。

具體實現(xiàn)步驟如下：

1、在服務(wù)器端進程中調(diào)用內(nèi)存映射API函數(shù)CreateFileMapping創(chuàng)建一個有名字標(biāo)識的共享內(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)建一個進程間共享的對象
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpFileMappingAttributes, //安全屬性
DWORD flProtect, //保護方式
DWORD dwMaximumSizeHigh, //對象的大小
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，保護方式參數(shù)可以是PAGE_READONLY或是PAGE_READWRITE。如果多進程都對同一共享內(nèi)存進行寫訪問，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)不會遭到破壞，同時允許其他進程在必要時自由的操作數(shù)據(jù)的拷貝。

例如：創(chuàng)建一個名為“zzj”的長度為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)建文件映射對象后，服務(wù)器端進程調(diào)用MapViewOfFile函數(shù)映射到本進程的地址空間內(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、客戶端進程訪問共享內(nèi)存對象，需要通過內(nèi)存對象名調(diào)用OpenFileMapping函數(shù)，以獲得共享內(nèi)存對象的句柄

HANDLE m_hMapFile =OpenFileMapping(FILE_MAP_WRITE,FALSE," zzj");

4、如果客戶端進程獲得共享內(nèi)存對象的句柄成功，則調(diào)用MapViewOfFile函數(shù)來映射對象視圖。用戶可以使用該對象視圖來進行數(shù)據(jù)讀寫操作，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、使用文件映射實現(xiàn)共享內(nèi)存。

FileMapping用于將存在于磁盤的文件放進一個進程的虛擬地址空間，并在該進程的虛擬地址空間中產(chǎn)生一個區(qū)域用于“存放”該文件，這個空間就叫做File View（存放在進程的虛擬內(nèi)存中），系統(tǒng)并同時產(chǎn)生一個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)多個進程需要讀寫那個文件的數(shù)據(jù)時，它們的File View其實對應(yīng)的都是同一個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)然在一個應(yīng)用向文件中寫入數(shù)據(jù)時，其它進程不應(yīng)該去讀取這個正在寫入的數(shù)據(jù)。這就需要進行一些同步的操作。下邊來看一下具體的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NT和2000生效）
DWORD flProtect, //保護標(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?。ㄍǔ＿@兩個參數(shù)有一個為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，如果你需要創(chuàng)建一個物理文件無關(guān)的內(nèi)存映射也無妨，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)建的時候的訪問模式和"保護設(shè)置"匹配，比如:物理文件只讀，內(nèi)存映射需要讀寫就會發(fā)生錯誤。推薦你的物理文件使用獨占方式創(chuàng)建。

如果使用 INVALID_HANDLE_VALUE，也需要設(shè)置需要申請的內(nèi)存空間的大小，無論物理文件句柄參數(shù)是否有效,這樣 CreateFileMapping就可以創(chuàng)建一個和物理文件大小無關(guān)的內(nèi)存空間給你,甚至超過實際文件大小，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復(fù)制，集成或者命名得到，初始內(nèi)容為0。

2)保護設(shè)置

就是安全設(shè)置,不過一般設(shè)置NULL就可以了,使用默認(rèn)的安全配置. 在win2k下如果需要進行限制,這是針對那些將內(nèi)存文件映射共享給整個網(wǎng)絡(luò)上面的應(yīng)用進程使用是,可以考慮進行限制.

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" 前綴在全局或者會話名空間初級文件映射.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的時候GetLastError的對應(yīng)錯誤

ERROR_FILE_INVALID 如果企圖創(chuàng)建一個零長度的文件映射,應(yīng)有此報
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)建一個想共享的文件數(shù)據(jù)句柄，然后使用MapViewOfFile來獲取共享的內(nèi)存地址，然后使用OpenFileMapping函數(shù)在另一個進程里打開共享文件的名稱，這樣就可以實現(xiàn)不同的進程共享數(shù)據(jù)。

代碼示例：這個程序包括一個客戶端和一個服務(wù)端，服務(wù)端創(chuàng)建共享內(nèi)存，客戶端打開共享內(nèi)存，兩者通過兩個事件互斥訪問共享內(nèi)存，實現(xiàn)一個小功能，就是服務(wù)端進程從控制臺讀入數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端進程。

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; 
  }//多個線程互斥訪問 
 
  //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;//把指定的事件對象設(shè)置為無信號狀態(tài) 
    if (!SetEvent(hServerWriteOver)) goto SERVER_SHARE_MEMORY_END;//把指定的事件對象設(shè)置為有信號狀態(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 一旦互斥對象處于有信號狀態(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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