| 北京测量通信研究院 陈晓斌 李彤华 本文讨论Windows 95环境下，两个或多个进程之间通过Win32 API实现内存共享的方 法。共享内存的方法可以归纳为四种：内存映像文件、共享内存页、动态申请和静 态申请、定制资源。内存映像文件是其它内存共享方法的基础，也是本文介绍的重 点。同时简单介绍了进程之间对共享数据进行访问的同步。本文的程序采用Visual C++的MFC实现。 关键字：内存共享 内存映像文件 进程同步 一、 共享内存 Windows 95采用页式内存管理，把进程私有页面和共享页面放在不同地址空间。私 用页放在4MB到2GB之间，当进行从一个Win32进程到另一个进程的上下文转换时，一 组私有页被映射出去，另外一组页面被影射到这个地址范围，这是通过更新CPU的页 表来实现的。另一方面，把Windows 95共享页面放在2GB到3GB之间。当一个上下文 转换发生时，Windows95内存管理者不用操心这段区域的页与页表。由于把共享页放 在一边，Windows95的内存管理使得进程之间的内存共享简单快速。 在Win32上的所有共享内存依赖于Win32的内存映像I/O支持。一个内存映像文件使用 共享内存来提供公共的基于文件的数据映像到共享数据的进程。内存映像文件I/O的 一个不太引人注意的特点是它支持内存共享。在Win32进程间共享内存，使用了一个 象内存映像文件一样的操作系统虚内存页文件。共享页属于系统的页文件，而不属 于一个永久的命名的文件。 本文从内存映像文件开始介绍内存共享，因为它是其它类型共享的基础。然后讨论 共享内存页，这里介绍两种共享页类型：动态申请和静态申请。我们将讨论的第四 种内存共享是定制资源，这种类型基于只读取，它提供了一种存储和查询大量数 据，根据需要从执行文件编页到内存的有效方法。 本文最后给出一个可以实际运行的例子供程序员参考。例子涉及到内存共享的另一 个问题：同步。多个进程可以拥有同一信号灯、事件或互斥等对象的句柄，所以这 些对象可用于实现进程之间的同步。例子中采用了互斥方法。 二、 内存映像文件I/O 内存映像文件I/O是Win32 API处理磁盘文件的一种方式。如果虚拟内存管理不控制 数据缓冲和内存缓冲，则当一个文件被映像到内存区，从映像内存读写数据和从文 件读写数据产生同样的效果。内存映像文件I/O效率很高，且使用非常方便。内存映 像文件I/O允许两个或多个进程共享基于文件的数据。每个和共享有关的进程直接存 取一组公共页。由于共享占用的资源最小，当大量的数据必须被共享时，通过内存 映像文件I/O共享就显得非常有用。 内存映像文件支持需要三个Windows内核对象：文件、文件映像和视图。为了映像一 个文件到内存，首先从磁盘打开一个文件，从而建立文件对象，然后将文件对象连 接到内存映像文件对象，为了在不同进程间同步数据，它提供了一个基于磁盘文件 的逻辑连接。为了访问文件的数据块，还需要一个数据指针，视图对象正是用于此 目的。一个内存映像文件对象可以创建多个视图，分别存取文件的不同部分。下图 示意了三个对象之间的关系。  三、 内存映像文件的使用和共享 内存映像文件I/O的使用由以下步骤组成： ·打开磁盘文件。这一步可采用如CreateFile()或OpenFile()等函数。CreateFile() 功能较强，但OpenFile()参数较少，易于使用。为了打开一个基于磁盘的文件，宜 采用OpenFile()： HFILE WINAPI OpenFile ( LPCSTR lpFileName, LPOFSTRUCT lpOF, UINT uStyle ) 注意OpenFile的返回值为-1时表示打开文件失败。参数uStyle定义了打开文件标志 (OF_READ, OF_WRITE, OF_READWRITE等)，不同标志标明了怎样存取内存；文件被其 它进程共享的方式(OF_SHARE_EXCLUTIVE, OF_SHARE_DENY_WRITE，等)，及文件打开 时采取的动作(OF_CREATE, OF_DELETE, OF_EXIST等)。为了关闭文件，可以调用函 数CloseHandle()。 ·创建文件映像对象。为了使用内存映像文件，第二个步骤是通过函数 CreateFileMapping() 创建文件映像对象。这个函数接受上一步得到的文件句柄作 为参数。 HANDLE WINAPI CreateFileMapping ( HANDLE hFile, LPSECURITY _ATTRIBUTES lpsa, DWORD dwPROTECT, DWORD dwMaxSizeHigh, DWORD dwMaxSizeLow, LPCSTR lpszMapName) hFile是从OpenFile()调用返回的文件句柄；dwPROTECT是页保护标识 (PAGE_READONLY等），它必须和文件打开时定义的文件存取标志一致；两个 dwMaxSize共同定义了最大文件尺寸；lpszMapName定义了文件映像对象的名字。 如果你向hFile传送的参数为-1(无效的文件句柄)，并不意味着函数调用失败，相反 地，这种情况创建共享内存而非文件共享存取，本文后面将讨论这一点。 lpszMapName是你给文件映像对象起的名字，必须确保其唯一性，因为和一个未知进 程的名字冲突会产生非希望的共享。要共享此文件的进程通过相同的文件映像名实 现共享，具体做法可以有三种情况：CreateFileMapping(), OpenFileMapping(), DuplicateHandle()。第二个（或以后的）进程调用CreateFileMapping()实际上并 没有创建新的对象，而只是与已有对象连接。若采用OpenFileMapping()，需假定文 件映像对象已由前面运行的进程用CreateFileMapping()创建。通过 DuplicateHandle()共享的做法需要经过别的途径获得对象句柄。 ·创建视图对象。经过前面两个步骤后，存取内存映像文件或共享文件的第三个步骤 是调用MapViewOfFile()创建视图对象。可以在一个文件中创建多个视图，以便分别 访问文件的不同部分。调用MapViewOfFile()时需传递视图在文件的起始位置偏移和 要映射的字节数。 四、 共享内存页 分动态和静态两种情况介绍共享内存页。 ·动态分配共享页。内存共享的第二种情况是动态申请共享页。这里要用到与共享内 存映像文件相同的函数。我们首先用文件句柄参数为-1来调用CreateFileMapping() 创建一个文件映像对象，并通过文件尺寸参数设定共享内存区域的大小。文件映像 对象将自己连接到系统页文件。然后调用MapViewOfFile()创建内存视图，以确定要 访问的特定内存区域，包括起始点和大小。 ·静态分配共享页。Microsoft Visual C++编译器提供在不同进程间共享全局变量的 能力。编译和连接程序在执行文件中分配共享页，在运行时刻，加载程序允许这些 页面同时映射到几个进程的地址空间。为了共享全局变量，须要满足以下三个条 件：初始化全局变量、声明要共享的全局变量、给执行程序中包含共享全局变量的 部分赋予共享属性。例如前两个条件可以如下实现： #program data_seg (".shared") // 定义名为".shared "的数据段 char achPublic[1000]=""; // 声明并初始化共享的全局变量 #program data_seg() 第三个条件的实现是在模块定义文件中产生一个入口。需要在SECTIONS下将共享的 数据段定义为具有SHARED属性的，例如： SECTIONS .shared READ WRITE SHARED 五、定制资源 这里采用定制资源的叫法以区别于Windows的预先定义资源（如图标、菜单、字符串 表等）。定制资源象其它资源一样被编在资源文件中，并被链接程序捆绑到WIN32执 行文件中（如.EXE或.DLL）。任何大段的只读数据都可用做定制资源。 用定制资源方法保存只读数据有以下优越性：由于数据被捆绑在执行文件中，查询 数据很安全；提高内存使用效率；简化编程任务。 定制资源时，第一步工作是使用你喜爱的编辑器准备你的数据文件(假设文件名 为"MyRes.data"，定义资源数据格式时，最好与你计划使用数据的格式一致，这样 能简化编程量。 第二步是在工程的资源文件中加入你定义的资源。逐步执行下列动作：从 Developer Studio中选择Insert | Resource菜单；从对话框按钮中选择Custom；在 Resource Type输入框中定义资源的类型（假设"MyResType"）；右击资源标识，选 择"Properties"；修改ID标识（假设为"ID_MYRES"），并在File Name后面输入 MyRes.data，确保选择了External File检查框。 第三步是在程序中使用你的数据。假设你用名为MyResStruct的数据结构访问你的数 据: HINSTANCE hinst = AfxGetResourceHandle (); HRSRC hresl = FindResource ( hinst, MAKEINTRESOURCE( ID_MYRES, "MyResType" ); HGLOBAL hglb = LoadResource ( hinst, hresl ); MyResStruct * pMyData = (MyResStruct *) LockResource ( hglb ); 其中hinst是包含资源的模块句柄，如果资源包含在动态库里，可以用LoadLibrary ()和GetModuleHandle()得到模块句柄。其它函数的使用以及参数的用法请参阅VC++ 的联机Help文档。 六、内存共享示例 下面给出一个共享内存的例子。在我们开发的中心监控显示软件中，工作站上的监 视软件由几个独立进程组成，各自监视相应的子系统；由各监视进程共享的网络通 讯模块负责网上监视信息的接收，并经由子线程写入对应监视进程的数据区。信息 接收模块和监视进程共享内存数据区，由互斥控制对象保证内存读写访问的同步。 信息接收模块的程序如下： CMutex mMutex1（TRUE, "Info1_Mutex" ）; // 互斥对象 CSingleLock mSLock1 ( & mMutex1 ); DWORD dSize1; // 信息区大小 HANDLE hMem1; // 文件映像对象 InfoStruct1 pInfo1; // 信息数据结构 hMem1 = CreateFileMapping( (HANDLE(-1), 0, PAGE_READWRITE, 0,ShSize, "System1_Info"); if ( hMem1 == 0 ) // 创建文件映像对象失败 { MessageBox(hwnd, "Cannot Create FileMap for SubSystem1 ","Error", MB_OK); return false; } if (GetLastError() == ERROR_ALREADY_EXIST) // 对象已经存在 { MessageBox(hwnd, "FileMap Already Exists", "Error", MB_OK); return false; } pInfo1 = (InfoStruct1 *) MapViewOfFile( hMem1, FILE_MAP_WRITE, 0,0,0); if ( pInfo1 == 0) { MessageBox(hwnd, "Cannot Create View of File Mapping", "Error", MB_OK); CloseHandle( hMem1); return false; } 子线程的工作: mSLock1.Lock(); write information to pInfo1 … mSLock1.Unlock(); 监视进程的程序结构同接收模块类似，如下所示： ……… if (GetLastError() ！= ERROR_ALREADY_EXIST) // 对象不存在 { MessageBox(hwnd, "FileMap doesnot Exists", "Error", MB_OK); return false; } ……… mSLock1.Lock(); read information from pInfo1 … mSLock1.Unlock(); 七、结论 随着硬件速度的发展和软件规模的扩大，多任务操作系统下进程之间的通讯量也在 增加，进程之间通讯的手段多种多样，其中内存共享方法的效率高，使用方便，愿 本文的介绍对你有所裨益，希望能为你的学习和工作节省一点宝贵的时间。 由于篇幅限制，示例程序只给出了关键代码，有需要者请与作者联系。通讯地址 是： 100094 北京5131信箱5号 |