Boost.Interprocess使用手册翻译之三：一些基本解释 （Some basic explanations）

三. 一些基本解释

进程和线程 进程间共享信息 进程间机制持久化 进程间机制命名 进程间具名资源的构造、析构及生命周期 许可

 

进程和线程

Boost.Interprocess不仅仅能在进程间工作，也能在线程间工作。Boost.Interprocess的同步机制能同步不同进程间的线程以及同一进程内的线程。

 

进程间共享信息

在传统编程模式中，一个操作系统有多个进程在运行，每个进程都有自己独立的地址空间。为了在进程间共享信息，我们有以下几个选择：
两个进程使用文件共享信息。为了获得数据，每个进程使用通常的文件读/取机制。当更新/读取一个多进程共享的文件时，我们需要一些同步机制来保护读取和写入。
两个进程共享驻留在操作系统内核的信息。例如，传统的消息队列。同步机制由操作系统的内核来维护。
两个进程共享一个内存区域。这就是通常的共享内存或内存映射文件。一旦某进程建立了内存区域，则进程们可以像使用其他内存片段一样读/写数据，而不需要调用操作系统内核。这种方式也需要人工进行进程间的同步处理。

进程间机制持久化

进程间通信机制的一个最大问题在于进程间通信机制的生命周期。了解进程间通信机制何时在系统中消失是很关键的。在Boost.Interprocess中，我们有3种持久化措施：
进程持久化：机制一直保留，直到所有打开机制的进程关闭、退出或崩溃。
内核持久化：机制一直存在，直到操作系统内核重启或是机制被显式删除。
文件系统持久化：机制一直存在直到被显式删除。

一些本地(native)的POSIX和Windows IPC机制有不同的持久化方式，因此在Windows和POSIX本地机制间达到兼容是非常困难的。

Boost.Interprocess类族有以下持久化方式：

表 12.1. Boost.Interprocess 持久化表格

机制	持久化
共享内存	内核或文件系统
内存映射文件	文件系统
进程共享互斥类型	进程
进程共享信号量	进程
进程共享条件变量	进程
文件锁	进程
消息队列	内核或文件系统
具名互斥量	内核或文件系统
具名信号量	内核或文件系统
具名条件变量	内核或文件系统

如上所示，Boost.Interprocess定义了一些机制采用的是“内核或文件系统”方式持久化。这是因为POSIX具有允许本地进程间通信实现的可能性。例如，可以使用内存映射文件执行共享内存并且获得文件系统持久化（例如，目前没有适当的方式使用采用本地共享内存的Windows共享内存用户库来模拟内核持久化，或为了POSIX共享内存的进程持久化，因此唯一可移植的方式是定义“内核或文件系统”持久化。）

 

进程间机制命名

一些进程间机制是在共享内存或内存映射文件中创建的匿名对象，但另外一些进程间机制需要一个名字或定义，以便两个不相关的进程能使用相同的进程间机制对象。这方面的例子有共享内存、具名互斥量和具名信号量（例如，Windows特有的CreateMutex/CreateSemaphore API 家族）。

用于表示一个进程间机制的名称是不可移植的，甚至在UNIX系统间也不行。基于此原因，Boost.Interprocess将名称限制在了C++变量标识符或关键字：

以大写或小写字母开头，比如a-z或A-Z的字母。例子：Sharedmemory, sharedmemory, sHaReDmEmOrY等等。

可以包含字母、下划线或数字。例子：shm1, shm2and3, ShM3plus4等等。

 

进程间具名资源的构造、析构及生命周期

具名的Boost.Interprocess资源（共享内存、内存映射文件、具名互斥量/条件变量/信号量）具有内核或文件系统持久化性。这意味着，即使打开这些资源的所有进程都结束了，这些资源还可以被再次打开，并且这些资源仅能显式的通过它们的静态成员删除函数来析构。这一行为很容易理解，因为它与控制文件打开/创建/删除功能使用相同的机制：

表 12.2. Boost.Interprocess与Filesystem类比

具名进程间资源	对应的std文件	对应的POSIX操作
Constructor	std::fstream constructor	open
Destructor	std::fstream destructor	close
Member remove	None. std::remove	unlink

共享内存和具名信号量在POSIX和Boost.Interprocess间的对应关系

表 12.3. Boost.Interprocess和POSIX 共享内存

shared_memory_object 操作	POSIX 操作
Constructor	shm_open
Destructor	close
Member remove	shm_unlink

 

表12.4. Boost.Interprocess和POSIX 具名信号量

named_semaphore 操作	POSIX 操作
Constructor	sem_open
Destructor	close
Member remove	sem_unlink

最重要的特性是具名资源的析构不会把资源从系统中删除，它们仅释放由操作系统分配的供具名资源进程使用的资源。如果要从系统中删除具名资源，程序员必须使用删除函数。

 

许可

Boost.Interprocess提供的具名资源依赖于平台相关性许可，当创建文件时也有同样的问题。如果一个程序员想在使用者间共享共享内存、内存映射文件或具名同步机制（互斥量、信号量等等），那就必须明确这些许可。令人沮丧的是，传统的UNIX和Windows许可是非常不同的，并且Boost.Interprocess不尝试统一化这些许可，但不忽视它们。

所有的具名资源构建函数都带一个可选的许可对象，这些许可对象能用平台相关性许可进行配置。

因为每种机制都能被其他不同的机制进行仿真（一个信号量可能被映射文件或本地信号量替代），因此当具名资源的执行方式改变时，许可类型也会不同（例如：Windows互斥量需要同步许可，但这与文件许可类型是不同的）。为避免这点，Boost.Interprocess依赖于类文件许可，需要文件读-写-删许可以便打开具名同步机制（互斥量、信号量等）以及提供给共享内存的合适的读或读-写-删许可。这种方式有两个优点：它类似于UNIX原理，并且程序员不需要了解具名资源是如何执行的。