ROS系统学习8—节点间的内存共享（初级篇）

  上一篇文章我们介绍了怎么在ROS中应用LCM与外部进行通信。本篇我们回到ROS的内部，看看如何实现ROS节点间的内存共享，以实现更加快速的内部通信。   首先，我们需要清楚为什么要用内存共享？   答案是ROS提供的服务或者话题都是通过网络来实现的。这样做虽然更具普遍性，照顾到ROS节点可能架设在不同的硬件上这一点，然对于在同一台设备的两个节点间传输数据是非常不友好的。因为其既没必要性又浪费大量资源，且效率低下，容易造成网络堵塞，延时严重。   那么怎么改善最好呢，自然是进程间的内存共享。我们直接让两个节点共享一片物理内存，在里面做一个队列数据结构，一个往里面写，一个去里面读。   下面我们就来实现这一功能。跟上篇文章一样，我们先实现纯净的Linux C++版本，然后再把代码移植到ROS的节点中。   实现Linux进程间的内存共享，主要参考这篇文章（因为写的很好，运行顺利，这部分只做了一点点修改，其他照抄，见谅见谅）：   “写”进程，流程如下：   1) 获得key, ftok() 2) 使用key来创建一个共享内存 shmget() 3) 映射共享内存（得到虚拟地址）， shmat() 4) 使用共享内存， 往共享内存中写入数据 5) 解除映射 shmdt() 6) 如果共享内存不再使用，可以使用shmctl()销毁共享内存   代码如下：  

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
 
int main()
{
    // 生成一个key
    key_t key = ftok("./", 66);
    // 创建共享内存，返回一个id
    int shmid = shmget(key, 8, IPC_CREAT|0666|IPC_EXCL);
    if(-1 == shmid)
    {
        perror("shmget failed");
        exit(1);
    }
    // 映射共享内存，得到虚拟地址
    void *p = shmat(shmid, 0, 0);
    if((void*)-1 == p)
    {
        perror("shmat failed");
        exit(2);
    }
    // 写共享内存
    int *pp = (int *)p;
    *pp = 0x12345678;
    *(pp + 1) = 0xffffffff;
    // 解除映射
    if(-1 == shmdt(p))
    {
        perror("shmdt failed");
        exit(3);
    }
    printf("解除映射成功，点击回车销毁共享内存\n");
    getchar();
    // 销毁共享内存
    if(-1 == shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL))
    {
        perror("shmctl failed");
        exit(4);
    }
    return 0;
}

  “读”进程，流程如下：   1) 获得key, ftok() 2) 使用key来获得一个共享内存 shmget() 3) 映射共享内存（得到虚拟地址）， shmat() 4) 使用共享内存， 读取共享内存中的数据 5) 解除映射 shmdt()   代码如下：  

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>
 
int main()
{
    // 生成一个key
    key_t key = ftok("./", 66);
    // 获取共享内存，返回一个id
    int shmid = shmget(key, 0, 0);
    if(-1 == shmid)
    {
        perror("shmget failed");
        exit(1);
    }
    // 映射共享内存，得到虚拟地址
    void *p = shmat(shmid, 0, 0);
    if((void*)-1 == p)
    {
        perror("shmat failed");
        exit(2);
    }
    // 读共享内存
    int x = *(int *)p;
    int y = *((int *)p + 1);
    printf("从共享内存中都取了：0x%x 和 0x%x \n", x, y);
    // 解除映射
    if(-1 == shmdt(p))
    {
        perror("shmdt failed");
        exit(3);
    }
    return 0;
}

  运行结果如下：  
  下面我们直接把代码移植到ROS中（其实非常简单，就是照抄，加上头尾而已，跟上篇文章相似）：   writeshmInRos.cpp  

#include <ros/ros.h>
#include <iostream>
#include "lcm/lcm-cpp.hpp"
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
 
int main(int argc, char** argv)
{
  ros::init(argc, argv, "image_publisher");
  ros::NodeHandle nh;
 
  // 生成一个key
  key_t key = ftok("./", 66);
  // 创建共享内存，返回一个id
  int shmid = shmget(key, 8, IPC_CREAT|0666|IPC_EXCL);
  if(-1 == shmid)
  {
      perror("shmget failed");
      exit(1);
  }
  // 映射共享内存，得到虚拟地址
  void *p = shmat(shmid, 0, 0);
  if((void*)-1 == p)
  {
      perror("shmat failed");
      exit(2);
  }
  // 写共享内存
  int *pp = (int *)p;
  *pp = 0x12345678;
  *(pp + 1) = 0xffffffff;
  // 解除映射
  if(-1 == shmdt(p))
  {
      perror("shmdt failed");
      exit(3);
  }
  printf("解除映射成功，点击回车销毁共享内存\n");
  getchar();
  // 销毁共享内存
  if(-1 == shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL))
  {
      perror("shmctl failed");
      exit(4);
  }
 
  ros::spinOnce();
}

  readshmInRos.cpp  

#include <ros/ros.h>
#include <iostream>
#include "lcm/lcm-cpp.hpp"
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
 
int main(int argc, char** argv)
{
  ros::init(argc, argv, "image_publisher");
  ros::NodeHandle nh;
 
  // 生成一个key
  key_t key = ftok("./", 66);
  // 获取共享内存，返回一个id
  int shmid = shmget(key, 0, 0);
  if(-1 == shmid)
  {
      perror("shmget failed");
      exit(1);
  }
  // 映射共享内存，得到虚拟地址
  void *p = shmat(shmid, 0, 0);
  if((void*)-1 == p)
  {
      perror("shmat failed");
      exit(2);
  }
  // 读共享内存
  int x = *(int *)p;
  int y = *((int *)p + 1);
  printf("从共享内存中都取了：0x%x 和 0x%x \n", x, y);
  // 解除映射
  if(-1 == shmdt(p))
  {
      perror("shmdt failed");
      exit(3);
  }
 
  ros::spinOnce();
}

  运行结果如下：  
  到此就实现了最简单的节点间的内存共享，当然它离实用还十万八千里，后面有机会会介绍如何改造它，让它实用起来。