C/C++使用Windows的API实现共享内存以及同步
Posted 林夕07
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C/C++使用Windows的API实现共享内存以及同步相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
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共享内存
共享内存指 (shared memory)在多处理器的计算机系统中，可以被不同中央处理器（CPU）访问的大容量内存。由于多个CPU需要快速访问存储器，这样就要对存储器进行缓存（Cache）。任何一个缓存的数据被更新后，由于其他处理器也可能要存取，共享内存就需要立即更新，否则不同的处理器可能用到不同的数据。共享内存是 Unix下的多进程之间的通信方法 ,这种方法通常用于一个程序的多进程间通信，实际上多个程序间也可以通过共享内存来传递信息。
事件-Event
Win 中最具弹性的同步机制就属 events 对象了。 Event 对象是一种核心对象，它的唯一目的就是成为激发状态或未激发状态。这两种状态全由程序来控制，不会成为 WaitForSingleObject() 函数的副作用。
Event 对象之所以有大用途，正是因为它们的状态完全在你掌控之下。Mutexes和semaphores就不一样了，它们的状态会因为诸如WaitForSingleObject() 之类的函数调用而变化。所以， 你可以精确告诉一个event 对象做什么事，以及什么时候去做。
实现思路
创建方(服务端)
- 首先创建共享内存
CreateFileMapping(映射文件句柄，安全属性，访问权限，对象大小，共享内存大小，映射文件名)；（注意：映射文件名双方必须一致） - 再将共享内存地址映射到本进程中
MapViewOfFile(共享内存地址，访问权限，文件映射起始偏移的高32位，文件映射起始偏移的低32位， 映射文件的字节数.) - 然后创建事件
CreateEventW用于俩个进程间的同步，
连接方：
- 首先创建共享内存
CreateFileMapping(映射文件句柄，安全属性，访问权限，对象大小，共享内存大小，映射文件名)；（注意：映射文件名双方必须一致） - 再将共享内存地址映射到本进程中
MapViewOfFile(共享内存地址，访问权限，文件映射起始偏移的高32位，文件映射起始偏移的低32位， 映射文件的字节数.) - 然后创建同样数量的事件
CreateEventW(此时的事件名称要与另一方一致)。这样在创建事件时系统就会发现这个事件已经被另一方创建过，就直接将创建好的句柄返回来。才可实现进程同步
进程同步：
例如 现有俩个事件g_EventRead和g_EventWrite；
初始状态g_EventRead和g_EventWrite事件的信号灯都是灭的。先启动创建方，然后启动连接方时，在初始化时将创建方的EventWrite事件的信号灯点亮，这样创建方获得数据就可以直接写入共享内存中并将g_EventRead灯点亮将g_EventWrite灯弄灭。然后连接方收到数据就可以读取共享内存中的数据，再将g_EventRead灯弄灭将g_EventWrite灯点亮。这样就实现了进程间的通讯。
windows的API
CreateFileMapping
创建共享内存
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：
- _In_HANDLE 映射文件的句柄 NVALID_HANDLE_VALUE则创建一个进程间共享的对象
- _In_opt_LPSECURITY_ATTRIBUTES 安全属性
- _In_DWORD 保护方式
- _In_DWORD 对象的大小, 32位.
- _In_DWORD 共享内存大小 字节
- _In_opt_LPCTSTR 映射文件名，即共享内存的名称
MapViewOfFile
将共享内存映射到本地进程
LPVOID WINAPI MapViewOfFile(
__in HANDLE hFileMappingObject,
__in DWORD dwDesiredAccess,
__in DWORD dwFileOffsetHigh,
__in DWORD dwFileOffsetLow,
__in SIZE_T dwNumberOfBytesToMap
);
参数：
- 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 等价于CreateFileMapping的 FILE_MAP_WRITE|FILE_MAP_READ. 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.写入操作会导致系统为该页面创建一份副本.在调用CreateFileMapping时必须传入PAGE_WRITECOPY保护属性.
- FILE_MAP_EXECUTE 可以将文件中的数据作为代码来执行.在调用CreateFileMapping时可以传入PAGE_EXECUTE_READWRITE或PAGE_EXECUTE_READ保护属性.
- FILE_MAP_READ 可以读取文件.在调用CreateFileMapping时可以传入PAGE_READONLY或PAGE_READWRITE保护属性.
- FILE_MAP_WRITE 可以读取和写入文件.在调用CreateFileMapping时必须传入PAGE_READWRITE保护属性.
- 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.
CreateEvent
创建事件
HANDLE CreateEvent(
LPSECURITY_ATTRIBUTESlpEventAttributes,// 安全属性
BOOLbManualReset,// 复位方式
BOOLbInitialState,// 初始状态
LPCTSTRlpName // 对象名称
);
参数：
1. 安全属性 默认为NULL
2. 复位方式 (true-手工恢复， false-自动恢复)
3. 初始状态 (true-有信号，false-无信号)
4. 事件名称
返回值：
- 事件的句柄
WaitForSingleObject
在指定时间内等待事件的信号状态
DWORD WaitForSingleObject(
HANDLE hHandle,
DWORD dwMilliseconds
);
参数：
- hHandle 对象句柄。可以指定一系列的对象，如Event、Job、Memory resource notification、Mutex、Process、Semaphore、Thread、Waitable timer等。
- dwMilliseconds 定时时间间隔，单位为milliseconds（毫秒）
CreateThread
创建一个线程
HANDLE CreateThread(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,//SD
SIZE_T dwStackSize,//initialstacksize
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,//threadfunction
LPVOID lpParameter,//threadargument
DWORD dwCreationFlags,//creationoption
LPDWORD lpThreadId//threadidentifier
)
参数：
- lpThreadAttributes 指向SECURITY_ATTRIBUTES型态的结构的指针。在Windows 98中忽略该参数。在Windows NT中，NULL使用默认安全性，不可以被子线程继承，否则需要定义一个结构体将它的bInheritHandle成员初始化为TRUE
- dwStackSize，设置初始栈的大小，以字节为单位，如果为0，那么默认将使用与调用该函数的线程相同的栈空间大小。任何情况下，Windows根据需要动态延长堆栈的大小。
- lpStartAddress，指向线程函数的指针，形式：@函数名，函数名称没有限制，
- lpParameter：向线程函数传递的参数，是一个指向结构的指针，不需传递参数时，为NULL。
- dwCreationFlags ：线程标志,可取值如下
（1）CREATE_SUSPENDED(0x00000004)：创建一个挂起的线程，
（2）0：表示创建后立即激活。
（3）STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION(0x00010000)：dwStackSize参数指定初始的保留堆栈 的大小，否则,dwStackSize指定提交的大小。 - lpThreadId:保存新线程的id。
OpenFileMapping
打开一个现成的文件映射对象的函数
HANDLE WINAPI OpenFileMapping(
_In_ DWORD dwDesiredAccess,
_In_ BOOL bInheritHandle,
_In_ LPCWSTR lpName
)
参数：
- dwDesiredAccess 访问方式
- bInheritHandle 继承标志句柄继承选项表示内核对象被子进程继承
- lpName 指定要打开的文件映射对象名称。
通过共享内存实现进程间的交互
服务端
#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
#define BUF_SIZE 4096
HANDLE g_EventRead; // 读信号灯
HANDLE g_EventWrite; // 写信号灯
// 定义共享数据
char szBuffer[] = "LinXi07";
/* 读取con1串口的线程 */
DWORD __stdcall WriteThread(const LPVOID lp)
while (true)
WaitForSingleObject(g_EventWrite, INFINITE); // 等待读数据的信号
// 将数据拷贝到共享内存
strcpy((char*)lp, szBuffer);
cout << "服务发送成功!等待客户端接受：" << (char*)lp << endl;
Sleep(1000);
SetEvent(g_EventRead);
ResetEvent(g_EventWrite);
return DWORD();
int main()
// 创建共享文件句柄
HANDLE hMapFile = CreateFileMapping(
INVALID_HANDLE_VALUE, // 物理文件句柄 NVALID_HANDLE_VALUE 则创建一个进程间共享的对象
NULL, // 默认安全级别
PAGE_READWRITE, // 可读可写
0, // 高位文件大小
BUF_SIZE, // 低位文件大小
L"ShareMemoryPDU" // 映射文件名，即共享内存的名称
);
if (0 == hMapFile)
return 0;
// 映射缓存区视图 , 得到指向共享内存的指针
// 将hFileMapping共享内存衍射到本进程的地址空间中
LPVOID lpBase = MapViewOfFile(
hMapFile, // 共享内存的句柄
FILE_MAP_ALL_ACCESS, // 可读写许可
0,
0,
BUF_SIZE
);
if (0 == lpBase)
return 0;
g_EventRead = CreateEventW(NULL, TRUE, FALSE, TEXT("EventRead"));
if (nullptr == g_EventRead)
return 0;
g_EventWrite = CreateEventW(NULL, TRUE, TRUE, TEXT("EventWrite"));
if (nullptr == g_EventRead)
return 0;
HANDLE handle = CreateThread(NULL, 0, WriteThread, lpBase, 0, NULL);
WaitForSingleObject(handle, INFINITE);
// 解除文件映射
UnmapViewOfFile(lpBase);
// 关闭内存映射文件对象句柄
CloseHandle(hMapFile);
return 0;
客户端
#include <iostream>
#include <windows.h>
#include <string>
using namespace std;
#define BUF_SIZE 4096
HANDLE g_EventRead; // 读信号灯
HANDLE g_EventWrite; // 写信号灯
DWORD __stdcall ReadThread(const LPVOID lp)
while (true)
WaitForSingleObject(g_EventRead, INFINITE); // 等待读数据的信号
// 将数据拷贝到共享内存
// 将共享内存数据拷贝出来
char szBuffer[BUF_SIZE] 0 ;
strcpy_s(szBuffer, (char*)lp);
std::cout << "客户数据读取成功！：" << szBuffer << endl;
ResetEvent(g_EventRead); /* 将读取信号关闭 */
SetEvent(g_EventWrite);
int main()
// 打开共享的文件对象
HANDLE hMapFile = OpenFileMapping(FILE_MAP_ALL_ACCESS, NULL, L"ShareMemoryPDU");
if (0 == hMapFile)
// 打开共享内存句柄失败
std::cout << "打开共享失败！" << endl;
return 0;
LPVOID lpBase = MapViewOfFile(hMapFile, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, 0);
if (0 == lpBase)
return 0;
g_EventRead = CreateEventW(NULL, TRUE, FALSE, TEXT("EventRead"));
if (nullptr == g_EventRead)
return 0;
g_EventWrite = CreateEventW(NULL, TRUE, TRUE, TEXT("EventWrite"));
if (nullptr == g_EventRead)
return 0;
HANDLE handle = CreateThread(NULL, 0, ReadThread, lpBase, 0, NULL);
if (0 == handle)
return 0;
WaitForSingleObject(handle, INFINITE);
// 解除文件映射
UnmapViewOfFile(lpBase);
// 关闭内存映射文件对象句柄
CloseHandle(hMapFile);
return 0;
结论
单启动服务端，将只会发出一条，然后就一直处于等待状态
先启动服务端，再启动客户端。可以看到俩进程之间进行数据共享
以上是关于C/C++使用Windows的API实现共享内存以及同步的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章