1.概述
共享内存可以说是最有用的进程间通信方式.两个不同的进程共享内存的意思是:同一块物理内存被映射到两个进程的各自的进程地址空间.一个进程可以及时看到另一个进程对共享内存的更新,反之亦然.采用共享内存通信的一个显而易见的好处效率高,因为进程可以直接读写内存,而不需要任何数据的复制.对于向管道和消息队列等通信等方式,则需要在内核和用户空间进行四次的数据复制,而共享内存则只需要两次数据复制:一次从输入文件到共享内存区,另一个从共享内存区到输出文件.实际上,进程之间在共享内存时,并不总是读写少量数据后就解除映射,有新的通信时,再重新建立共享内存区域.而是保持共享区域,知道通信完毕为止,这样,数据内容就一直保存在共享内存中,并没有写回文件.共享内存中的内容往往是在解除映射时才写回文件的.因此,采用共享内存的通信方式效率非常高.
mmap系统调用是的是的进程间通过映射同一个普通文件实现共享内存.普通文件被映射到进程地址空间后,进程可以向像访问普通内存一样对文件进行访问,不必再调用read,write等操作.与mmap系统调用配合使用的系统调用还有munmap,msync等. 实际上,mmap系统调用并不是完全为了用于共享内存而设计的.它本身提供了不同于一般对普通文件的访问方式,是进程可以像读写内存一样对普通文件操作.而Posix或System V的共享内存则是纯粹用于共享内存的,当然mmap实现共享内存也是主要应用之一.
2. python mmap模块详解
在python中，mmap.mmap()的函数实现在windows和linux上是不一样的，但实现api接口函数很相似，下面以mmap的windows实现为例说明：
mmap.mmap(fileno, length[, tagname[, access[, offset]]])
fileno：the file handle fileno， 文件描述符
length：共享内存的大小
tagname: 共享内存区域的名字，可以理解为id
access:
ACCESS_READ: 只能读，如果执行写操作，raises a TypeError exception
ACCESS_WRITE: 可读可写
ACCESS_COPY: 可读可写，但不更新到文件中去
函数列表
mmap.close() 断开映射关系
mmap.find(string[, start[, end]])：返回第一个string的索引，否则返回-1
mmap.move(dest, src, count)： 移动count大小的内容从src到dest
mmap.read(num): 根据文件指针的位置兑取num个字节的内容，更新文件指针的位置
mmap.read_byte()：读取当前字符，更新文件指针位置
mmap.readline()：Returns a single line, starting at the current file position and up to the next newline.从当前位置到下一行位置的所有内容
mmap.resize(newsize)：Resizes the map and the underlying file，改变映射内存与文件大小
mmap.rfind(string[, start[, end]])： 返回最后一个string的索引
mmap.seek(pos[, whence])： 设置文件指针的位置
mmap.size()： 返回共享内存的大小
mmap.tell()：返回当前指针的位置
mmap.write(string)：从当前指针位置开始写入string
mmap.write_byte(byte): Write the single-character string byte into memory at the current position of the file pointer; the file position is advanced by 1.
3.基于mmap和json实现内存共享
ObjectMmap继承自mmap，结合json实现python obj的共享
jsonwrite(obj): 将可json序列化的obj对象写入共享内存
jsonread_master()：主进程获取内存内容
jsonread_follower(): 从进程获取内存内容
自定义的jsonmmap模块：
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
import mmap
import json
class ObjectMmap(mmap.mmap):
def __init__(self, fileno=-1, length=1024, access=mmap.ACCESS_WRITE, tagname='share_mmap'):
super(ObjectMmap, self).__init__(self, fileno, length, access=access, tagname=tagname)
self.length = length
self.access = access
self.tagname = tagname
def jsonwrite(self, obj):
try:
self.obj = obj
obj_str = json.dumps(obj)
obj_len = len(obj_str)
content = str(obj_len) + ":" + obj_str
self.write(content)
self.contentbegin = len(str(obj_len)) + 1
self.contentend = self.tell()
self.contentlength = self.contentend - self.contentbegin
return True
except Exception, e:
return False
def jsonread_master(self):
try:
self.seek(self.contentbegin)
content = self.read(self.contentlength)
obj = json.loads(content)
self.obj = obj
return obj
except Exception, e:
if self.obj:
return self.obj
else:
return None
def jsonread_follower(self):
try:
index = self.find(":")
if index != -1:
head = self.read(index + 1)
contentlength = int(head[:-1])
content = self.read(contentlength)
obj = json.loads(content)
self.obj = obj
return obj
else:
return None
except Exception, e:
if self.obj:
return self.obj
else:
return None
4.举例
主进程：
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
import mmap
from jsonmmap import ObjectMmap
import random
def main():
mm = ObjectMmap(-1, 1024*1024, access=mmap.ACCESS_WRITE, tagname='share_mmap')
while True:
length = random.randint(1, 100)
p = range(length)
mm.jsonwrite(p)
print '*' * 30
print mm.jsonread_master()
if __name__ == '__main__':
main()
从进程：
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
import mmap
from jsonmmap import ObjectMmap
import time
def main():
mm = ObjectMmap(-1, 1024*1024, access=mmap.ACCESS_READ, tagname='share_mmap')
while True:
print '*' * 30
print mm.jsonread_follower()
if __name__ == '__main__':
main()
5.应用场景
主进程+多个从进程，主进程负责管理多个从进程，主从进程共享一个可序列化json对象，譬如说共享配置； 主进程才具备权限去修改配置，从进程仅仅具备访问权限。
import mmap
mmap_file = None
##从内存中读取信息，def read_mmap_info():
global mmap_file
mmap_file.seek(0)
##把二进制转换为字符串 info_str=mmap_file.read().translate(None, b'\x00').decode()
print(info_str)##如果内存中没有对应信息，则向内存中写信息以供下次调用使用def get_mmap_info():
global mmap_file
##第二个参数1024是设定的内存大小，单位：字节。如果内容较多，可以调大一点 mmap_file = mmap.mmap(-1, 1024, access = mmap.ACCESS_WRITE, tagname = 'share_mmap')
##读取有效比特数，不包括空比特 cnt=mmap_file.read_byte()
if cnt==0:
print("Load data to memory")
mmap_file = mmap.mmap(0, 1024, access = mmap.ACCESS_WRITE, tagname = 'share_mmap')
mmap_file.write(b"This is the test data")
else :
print("The data is in memory")
read_mmap_info()
##修改内存块中的数据def reset_mmp_info:
global mmap_file
mmap_file.seek(0)
mmap_file.write(b'\x00')
mmap_file.write(b"Load data to memory agine")
if __name__=="__main__":
get_mmap_info()
说明：如果是使用python自带的IDE，请重新打开一次此文件运行测试数据装载到内存后的结果
简单进程通信案例
#########################################################
#writer
import win32event as w32e
import mmapfile as mmf
#hEvent = w32e.OpenEvent(w32e.EVENT_ALL_ACCESS , 0 , "KaiMemEvent") #"Global\\JmdebuggerEvent"
pyMm = mmf.mmapfile(None , "KaiMem" ,1024)
hEvent = 1
if hEvent != None and pyMm != None:
#w32e.SetEvent(hEvent)
pyMm.write("hello world again!");
#############################################################
#reader
import win32event as w32e
import win32api as wapi
import mmapfile as mmf
#hEvent = w32e.CreateEvent(w32e.EVENT_ALL_ACCESS , 0 , 0 , "KaiMemEvent") #
#system_info=wapi.GetSystemInfo()
#page_size=system_info[1]
pyMm = mmf.mmapfile(None , "KaiMem" ,1024 )
hEvent = 1
if hEvent != None and pyMm != None :
#w32e.WaitForSingleObject(hEvent , -1)
buf = pyMm.read(22)
print buf
#wapi.CloseHandle(hEvent)
pyMm.close()
