Отображение памяти
Системный вызов mmap () обеспечивает отображение в виртуальном адресном пространстве вызывающего процесса, который отображает файлы или устройства в память. Это два типа -
File mapping or File-backed mapping- Это отображение отображает область виртуальной памяти процесса на файлы. Это означает, что чтение или запись в эти области памяти приводит к чтению или записи файла. Это тип сопоставления по умолчанию.
Anonymous mapping- Это отображение отображает область виртуальной памяти процесса без поддержки какого-либо файла. Содержимое инициализируется нулем. Это сопоставление похоже на распределение динамической памяти (malloc ()) и используется в некоторых реализациях malloc () для определенных распределений.
Память в одном отображении процесса может использоваться совместно с отображениями в других процессах. Это можно сделать двумя способами -
Когда два процесса отображают одну и ту же область файла, они используют одни и те же страницы физической памяти.
Если создается дочерний процесс, он наследует сопоставления родителя, и эти сопоставления относятся к тем же страницам физической памяти, что и родительский. При любом изменении данных в дочернем процессе для дочернего процесса будут созданы разные страницы.
Когда два или более процессов совместно используют одни и те же страницы, каждый процесс может видеть изменения содержимого страницы, сделанные другими процессами, в зависимости от типа сопоставления. Тип сопоставления может быть частным или общим -
Private Mapping (MAP_PRIVATE) - Изменения содержимого этого сопоставления не видны другим процессам, и отображение не переносится в базовый файл.
Shared Mapping (MAP_SHARED) - Изменения содержимого этого сопоставления видны другим процессам, и отображение переносится в базовый файл.
#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
Вышеупомянутый системный вызов возвращает начальный адрес отображения в случае успеха или MAP_FAILED в случае ошибки.
Виртуальный адрес addr может быть задан пользователем или сгенерирован ядром (при передаче addr как NULL). Для указанной длины поля требуется размер отображения в байтах. Поле prot указывает значения защиты памяти, такие как PROT_NONE, PROT_READ, PROT_WRITE, PROT_EXEC, предназначенные для областей, к которым нельзя получить доступ, чтение, запись или выполнение соответственно. Это значение может быть одиночным (PROT_NONE) или может быть объединено с любым из трех флагов (последние 3). Флаги поля указывают тип отображения либо MAP_PRIVATE, либо MAP_SHARED. Поле «fd» указывает дескриптор файла, идентифицирующий файл, который нужно сопоставить, а поле «смещение» подразумевает начальную точку файла, если необходимо сопоставить весь файл, смещение должно быть нулевым.
#include <sys/mman.h>
int munmap(void *addr, size_t length);
Вышеупомянутый системный вызов возвращает 0 в случае успеха или -1 в случае ошибки.
Системный вызов munmap выполняет отключение уже отображенной области памяти. Поля addr указывают начальный адрес отображения, а длина указывает размер в байтах отображения, которое необходимо отключить. Обычно отображение и отключение выполняется для всех отображаемых регионов. Если он должен быть другим, то его следует либо усадить, либо разрезать на две части. Если у addr нет сопоставлений, этот вызов не будет иметь никакого эффекта, и вызов вернет 0 (успех).
Давайте рассмотрим пример -
Step 1 - Запишите в файл буквенно-цифровые символы, как показано ниже -
0 | 1 | 2 | … | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | … | 59 | 60 | 61 |
A | B | C | … | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | A | b | c | … | x | y | z |
Step 2- Сопоставьте содержимое файла с памятью с помощью системного вызова mmap (). Это вернет начальный адрес после отображения в память.
Step 3- Доступ к содержимому файла с использованием нотации массива (также возможен доступ с нотацией указателя), поскольку не читает дорогостоящий системный вызов read (). Используя отображение памяти, избегайте множественного копирования между пользовательским пространством, буферами пространства ядра и буферным кешем.
Step 4 - Повторяйте чтение содержимого файла, пока пользователь не введет «-1» (означает конец доступа).
Step 5 - Выполните действия по очистке, т. Е. Отключение отображаемой области памяти (munmap ()), закрытие файла и удаление файла.
/* Filename: mmap_test.c */
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
void write_mmap_sample_data();
int main() {
struct stat mmapstat;
char *data;
int minbyteindex;
int maxbyteindex;
int offset;
int fd;
int unmapstatus;
write_mmap_sample_data();
if (stat("MMAP_DATA.txt", &mmapstat) == -1) {
perror("stat failure");
return 1;
}
if ((fd = open("MMAP_DATA.txt", O_RDONLY)) == -1) {
perror("open failure");
return 1;
}
data = mmap((caddr_t)0, mmapstat.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
if (data == (caddr_t)(-1)) {
perror("mmap failure");
return 1;
}
minbyteindex = 0;
maxbyteindex = mmapstat.st_size - 1;
do {
printf("Enter -1 to quit or ");
printf("enter a number between %d and %d: ", minbyteindex, maxbyteindex);
scanf("%d",&offset);
if ( (offset >= 0) && (offset <= maxbyteindex) )
printf("Received char at %d is %c\n", offset, data[offset]);
else if (offset != -1)
printf("Received invalid index %d\n", offset);
} while (offset != -1);
unmapstatus = munmap(data, mmapstat.st_size);
if (unmapstatus == -1) {
perror("munmap failure");
return 1;
}
close(fd);
system("rm -f MMAP_DATA.txt");
return 0;
}
void write_mmap_sample_data() {
int fd;
char ch;
struct stat textfilestat;
fd = open("MMAP_DATA.txt", O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY, 0666);
if (fd == -1) {
perror("File open error ");
return;
}
// Write A to Z
ch = 'A';
while (ch <= 'Z') {
write(fd, &ch, sizeof(ch));
ch++;
}
// Write 0 to 9
ch = '0';
while (ch <= '9') {
write(fd, &ch, sizeof(ch));
ch++;
}
// Write a to z
ch = 'a';
while (ch <= 'z') {
write(fd, &ch, sizeof(ch));
ch++;
}
close(fd);
return;
}
Вывод
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 3
Received char at 3 is D
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 28
Received char at 28 is 2
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 38
Received char at 38 is c
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 59
Received char at 59 is x
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 65
Received invalid index 65
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: -99
Received invalid index -99
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: -1