共享内存在Linux和Windows下使用区别

共享内存在Linux和Windows下使用区别

文章目录

一、共享内存定义二、Linux下使用

1.基本思路2.关键函数 三、Windows下使用

1.基本思路2.关键函数 四、共享内存优缺点

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一、共享内存定义

共享内存是一种用于实现进程间通信（IPC）的方法，不同进程通过访问同一块内存区域实现数据共享和交互，是最快的可用IPC形式（其他进程间通信方式有：信号、管道、消息队列、网络套接字）。

每个进程可以将自身的虚拟地址映射到物理内存中的特定区域，当不同进程将相同的物理内存区域与各自的虚拟地址空间关联时，这些进程就能实现通过共享内存来完成IPC。若某进程更改了共享内存区的内容，其它进程都会觉察到该区域的更改。

每个进程有自己的进程控制块和地址空间，且都有一个与之对应的页表，负责将进程的虚拟地址与物理地址进行映射，通过内存管理单元（MMU）进行管理。两个不同的虚拟地址通过页表映射到物理空间的同一区域，它们所指向的这块区域即共享内存。

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二、Linux下使用 1.基本思路

Linux下共享内存可以通过tmpfs文件系统来实现，tmpfs默认的挂载目录为/dev/shm，它是基于RAM的文件系统，因此读写速度与读写内存速度一样，在不用的时候系统会自动删除掉。

首先利用shm_open()创建或者打开一个共享内存文件，然后ftruncate()将文件大小设置为共享内存大小，mmap()再将该文件映射到内存。

2.关键函数

#include 

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

参数说明：

名称含义name打开或创建的共享内存文件名，由于shm_open打开或 *** 作的文件都是位于/dev/shm目录的，因此name不能设置为绝对路径oflag打开文件 *** 作属性，可通过或运算进行合理组合
O_CREAT：若此文件不存在则进行创建
O_RDWR：打开读写权限
O_EXCL ： 如果同时指定了O_CREAT，而文件已经存在，则报错mode文件权限位，例如0777，可读写执行

注意：返回值表示文件描述字，如成功则大于0，失败则小于0

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

参数说明：

名称含义addr要将文件映射到的内存地址，设置为nullptr表示由系统决定映射区的起始地址len映射区的长度mode文件权限位，例如0777，可读写执行prot期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突，可通过或运算进行合理组合
PROT_EXEC：页内容可以被执
PROT_READ：页内容可以被读取
PROT_WRITE：页可以被写入
PROT_NONE：页不可访问flags指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享
MAP_SHARED：与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间，对共享区的写入，相当于输出到文件
MAP_PRIVATE：建立一个写入时拷贝的私有映射，内存区域的写入不会影响到原文件，这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个
MAP_ANONYMOUS：匿名映射，映射区不与任何文件关联fd有效的文件描述字。一般是由open()函数返回，其值也可以设置为-1，此时需要指定flags参数中的MAP_ANON，表明进行的是匿名映射offset被映射对象内容的起点

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三、Windows下使用 1.基本思路

Windows下共享内存是通过FileMapping实现的。

首先CreateFileMapping()创建内存映射文件对象，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。然后MapViewOfFile()能够访问内存区域，促使Windows将此内存空间映射到进程的地址空间中。当在其他进程访问这块内存区域时，OpenFileMapping()取得对象句柄，进行读写 *** 作。

2.关键函数

#include 

HANDLE WINAPI CreateFileMapping(
_In_HANDLE hFile,
_In_opt_LPSECURITY_ATTRIBUTES lpAttributes,
_In_DWORD flProtect,
_In_DWORD dwMaximumSizeHigh,
_In_DWORD dwMaximumSizeLow,
_In_opt_LPCTSTR lpName);

参数说明：

名称含义hFile创建映射的一个文件句柄，0xFFFFFFFF（-1，即INVALID_HANDLE_VALUE）表示在页面文件中创建一个可共享的文件映射lpFileMappigAttributes表明返回的句柄是否可以被子进程所继承，指定一个安全对象，在创建文件映射时使用，如果为nullptr，表示使用默认安全对象flProtect下述常数之一：
PAGE_READONLY：以只读方式打开映射
PAGE_READWRITE：以可读、可写方式打开映射
PAGE_WRITECOPY ：为写 *** 作留下备份dwMaximumSizeHigh文件映射的最大长度的高32位dwMaximumSizeLow文件映射的最大长度的低32位，如这个参数和dwMaximumSizeHigh都是零，就用磁盘文件的实际长度lpName指定文件映射对象的名字，如存在这个名字的一个映射，函数就会打开它

注意：CreateFileMapping()可以用GetLastError()来检查其返回的错误信息。

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

参数说明：

名称含义hFileMappingObject为CreateFileMapping()或OpenFileMapping()返回的文件映像对象句柄dwDesiredAccess映射对象的文件数据的访问方式，而且同样要与CreateFileMapping()函数所设置的保护属性相匹配，可取以下值：
FILE_MAP_ALL_ACCESS：文件映射对象被创建时必须指定PAGE_READWRITE 选项.
FILE_MAP_COPY：可以读取和写入文件，写入 *** 作会导致系统为该页面创建一份副本
FILE_MAP_EXECUTE：可以将文件中的数据作为代码来执行
FILE_MAP_READ ：可以读取文件
FILE_MAP_WRITE：可以读取和写入文件dwFileOffsetHigh表示文件映射起始偏移的高32位dwFileOffsetLow表示文件映射起始偏移的低32位（64KB对齐不是必须的）dwNumberOfBytes指定映射文件的字节数

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四、共享内存优缺点

优点：进程间通信效率高，通过直接访问内存，是最快的IPC可用形式。不同于其他进程间通信方式，只需拷贝两次数据（输入数据->共享内存区->输出数据）。缺点：没有提供进程同步机制，需借助其他手段（如信号量），解决进程间协作关系。