内存文件映射原理和简单应用

来源：互联网发布：遗传算法实际应用编辑：程序博客网时间：2024/06/06 01:33

参考博客：http://blog.csdn.net/haiross/article/details/46875211
参考博客：http://blog.csdn.net/mg0832058/article/details/5890688 内存映射文件原理探究
硬盘上文件的位置与进程逻辑地址空间中一块大小相同的区域之间的一一对应，这种对应关系纯属是逻辑上的概念，物理上是不存在的，原因是进程的逻辑地址空间本身就是不存在的，在内存映射的过程中，并没有实际的数据拷贝，文件没有被载入内存，只是逻辑上被放入了内存，具体到代码，就是建立并初始化了相关的数据结构（struct address_space），这个过程有系统调用mmap()实现，所以建立内存映射的效率很高。mmap将一个文件或者其它对象映射进内存，mmap必须以PAGE_SIZE为单位进行映射，而内存也只能以页为单位进行映射，若要映射非PAGE_SIZE整数倍的地址范围，要先进行内存对齐，强行以PAGE_SIZE的倍数大小进行映射。
mmap()会返回一个指针ptr，它指向进程逻辑地址空间中的一个地址，这样以后，进程无需再调用read或write对文件进行读写，而只需要通过ptr就能够操作文件。但是ptr所指向的是一个逻辑地址，要操作其中的数据，必须通过MMU(内存管理单元)将逻辑地址转换成物理地址，这个过程与内存映射无关。
前面讲过，建立内存映射并没有实际拷贝数据，这时，MMU在地址映射表中是无法找到与ptr相对应的物理地址的，也就是MMU失败，将产生一个缺页中断，缺页中断的中断响应函数会在swap中寻找相对应的页面，如果找不到（也就是该文件从来没有被读入内存的情况），则会通过mmap()建立的映射关系，从硬盘上将文件读取到物理内存中，这个过程与内存映射无关。
如果在拷贝数据时，发现物理内存不够用，则会通过虚拟内存机制（swap）将暂时不用的物理页面交换到硬盘上，如图1中过程4所示。这个过程也与内存映射无关。
效率：从代码层面上看，从硬盘上将文件读入内存，都要经过文件系统进行数据拷贝，并且数据拷贝操作是由文件系统和硬件驱动实现的，理论上来说，拷贝数据的效率是一样的。但是通过内存映射的方法访问硬盘上的文件，效率要比read和write系统调用高，这是为什么呢？原因是read()是系统调用，其中进行了数据拷贝，它首先将文件内容从硬盘拷贝到内核空间的一个缓冲区，然后再将这些数据拷贝到用户空间，在这个过程中，实际上完成了两次数据拷贝；而mmap()也是系统调用，如前所述，mmap()中没有进行数据拷贝，真正的数据拷贝是在缺页中断处理时进行的，由于mmap()将文件直接映射到用户空间，所以中断处理函数根据这个映射关系，直接将文件从硬盘拷贝到用户空间，只进行了一次数据拷贝。因此，内存映射的效率要比read/write效率高。
创建文件映射示例：
#include <iostream>
#include <fcntl.h>
#include <io.h>
#include <afxwin.h>
using namespace std;
int main()
{
//开始
//1.获得文件句柄创建一个文件内核对象
HANDLE hFile=CreateFile( //失败返回INVALID_HANDLE_VALUE
"c:\\test.dat", //文件名
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //对文件进行读写操作,文件权限，
FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE, //共享模式
NULL, //安全属性
OPEN_EXISTING, //打开已存在文件
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, //文件或设备属性或标志
NULL); //模板模式
//返回值size_high,size_low分别表示文件大小的高32位/低32位
DWORD size_low,size_high;
size_low= GetFileSize(hFile,&size_high);
//2.创建文件的内存映射文件，创建一个文件映射内核对象
HANDLE hMapFile=CreateFileMapping(
hFile, //文件名
NULL, //安全属性
PAGE_READWRITE, //对映射文件进行读写
size_high,
size_low, //这两个参数共64位，所以支持的最大文件长度为16EB ，一共要映射多少到内存中
L"MyFileMap"); //映射的文件名字，其他进程，可通过此名字打开共享文件
if(hMapFile==NULL) //失败返回NULL
{
AfxMessageBox("Can't create file mapping.Error%d:\n", GetLastError());
CloseHandle(hFile);
return 0;
}
//3.把文件数据映射到进程的地址空间
void* pvFile=MapViewOfFile( //失败返回NULL
hMapFile, //文件映射的句柄
FILE_MAP_READ|FILE_MAP_WRITE, //权限
0, //高位偏移
0, //低位偏移
0); //一次映射多少 64K，如果是0，则映射从偏移量到文件末尾。
unsigned char *p=(unsigned char*)pvFile;
//至此，就获得了外部文件test.dat在内存地址空间的映射，
//4.用指针p"折磨"这个文件了
CString s;
p[size_low-1]='!';
p[size_low-2]='X'; //修改该文件的最后两个字节(文件大小<4GB高32位为0)
s.Format("%s",p);
//读文件的最后3个字节
AfxMessageBox(s);
//5.结束
//UnmapViewOfFile(pvFile); //撤销映射
//CloseHandle(hFile); //关闭文件
return 0;
}
打开文件映射示例：
#include<iostream>
#include<Windows.h>
using namespace std;
int main()
{
char szBuf[100];
//1.打开文件映射对象
//权限，继承性，名字
HANDLE hFileMap = OpenFileMapping(FILE_MAP_ALL_ACCESS,NULL,L"MyFileMap");
if(NULL == hFileMap) return 0;
//2.将文件映射到进程地址空间
char * pStartAddress = (char*)MapViewOfFile(hFileMap,FILE_MAP_ALL_ACCESS,0,0,0);
//3.取出文件内容
memcpy(szBuf,pStartAddress,100);
//4.取消映射
UnmapViewOfFile(hFileMap);
system("pause");
return 0;
}

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1 0