python共享內存實現進程通信

08-20

python共享內存實現進程通信

1.概述

共享內存可以說是最有用的進程間通信方式.兩個不同的進程共享內存的意思是:同一塊物理內存被映射到兩個進程的各自的進程地址空間.一個進程可以及時看到另一個進程對共享內存的更新,反之亦然.採用共享內存通信的一個顯而易見的好處效率高,因為進程可以直接讀寫內存,而不需要任何數據的複製.對於向管道和消息隊列等通信等方式,則需要在內核和用戶空間進行四次的數據複製,而共享內存則只需要兩次數據複製:一次從輸入文件到共享內存區,另一個從共享內存區到輸出文件.實際上,進程之間在共享內存時,並不總是讀寫少量數據後就解除映射,有新的通信時,再重新建立共享內存區域.而是保持共享區域,知道通信完畢為止,這樣,數據內容就一直保存在共享內存中,並沒有寫迴文件.共享內存中的內容往往是在解除映射時才寫迴文件的.因此,採用共享內存的通信方式效率非常高.

mmap系統調用是的是的進程間通過映射同一個普通文件實現共享內存.普通文件被映射到進程地址空間後,進程可以向像訪問普通內存一樣對文件進行訪問,不必再調用read,write等操作.與mmap系統調用配合使用的系統調用還有munmap,msync等. 實際上,mmap系統調用並不是完全為了用於共享內存而設計的.它本身提供了不同於一般對普通文件的訪問方式,是進程可以像讀寫內存一樣對普通文件操作.而Posix或System V的共享內存則是純粹用於共享內存的,當然mmap實現共享內存也是主要應用之一.

2. python mmap模塊詳解

在python中，mmap.mmap()的函數實現在windows和linux上是不一樣的，但實現api介面函數很相似，下面以mmap的windows實現為例說明：

mmap.mmap(fileno, length[, tagname[, access[, offset]]])

fileno：the file handle fileno，文件描述符

length：共享內存的大小

tagname: 共享內存區域的名字，可以理解為id

access:

ACCESS_READ: 只能讀，如果執行寫操作，raises a TypeError exception

ACCESS_WRITE: 可讀可寫

ACCESS_COPY: 可讀可寫，但不更新到文件中去

函數列表

mmap.close() 斷開映射關係

mmap.find(string[, start[, end]])：返回第一個string的索引，否則返回-1

mmap.move(dest, src, count)：移動count大小的內容從src到dest

mmap.read(num): 根據文件指針的位置兌取num個位元組的內容，更新文件指針的位置

mmap.read_byte()：讀取當前字元，更新文件指針位置

mmap.readline()：Returns a single line, starting at the current file position and up to the next newline.從當前位置到下一行位置的所有內容

mmap.resize(newsize)：Resizes the map and the underlying file，改變映射內存與文件大小

mmap.rfind(string[, start[, end]])：返回最後一個string的索引

mmap.seek(pos[, whence])：設置文件指針的位置

mmap.size()：返回共享內存的大小

mmap.tell()：返回當前指針的位置

mmap.write(string)：從當前指針位置開始寫入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.基於mmap和json實現內存共享

ObjectMmap繼承自mmap，結合json實現python obj的共享

jsonwrite(obj): 將可json序列化的obj對象寫入共享內存

jsonread_master()：主進程獲取內存內容

jsonread_follower(): 從進程獲取內存內容

自定義的jsonmmap模塊：

#!/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

self.seek(0)

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:

self.seek(0)

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.舉例

主進程：

#!/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()

從進程：

#!/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.應用場景

主進程+多個從進程，主進程負責管理多個從進程，主從進程共享一個可序列化json對象，譬如說共享配置；主進程才具備許可權去修改配置，從進程僅僅具備訪問許可權。

import mmap

mmap_file = None

##從內存中讀取信息，def read_mmap_info():

global mmap_file

mmap_file.seek(0)

##把二進位轉換為字元串 info_str=mmap_file.read().translate(None, bx00).decode()

print(info_str)##如果內存中沒有對應信息，則向內存中寫信息以供下次調用使用def get_mmap_info():

global mmap_file

##第二個參數1024是設定的內存大小，單位：位元組。如果內容較多，可以調大一點 mmap_file = mmap.mmap(-1, 1024, access = mmap.ACCESS_WRITE, tagname = share_mmap)

##讀取有效比特數，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()

##修改內存塊中的數據def reset_mmp_info:

global mmap_file

mmap_file.seek(0)

mmap_file.write(bx00)

mmap_file.write(b"Load data to memory agine")

if __name__=="__main__":

get_mmap_info()

說明：如果是使用python自帶的IDE，請重新打開一次此文件運行測試數據裝載到內存後的結果

簡單進程通信案例

#########################################################

#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()