Книга: Основы программирования в Linux

mmap

mmap

Система UNIX предоставляет полезное средство, позволяющее программам совместно использовать память, и, к счастью, оно включено в версию 2.0 и более поздние версии ядра Linux. Функция mmap (для отображения памяти) задает сегмент памяти, который может читаться двумя или несколькими программами и в который они могут записывать данные. Изменения, сделанные одной программой, видны всем остальным.

Вы можете применить то же самое средство для работы с файлами, заставив все содержимое файла на диске выглядеть как массив в памяти. Если файл состоит из записей, которые могут быть описаны структурами на языке С, вы сможете обновлять файл с помощью методов доступа к массиву структур.

Это становится возможным благодаря применению сегментов виртуальной памяти с набором особых прав доступа. Чтение из сегмента и запись в него заставляет операционную систему читать соответствующую часть файла на диске и писать данные в нее.

Функция mmap создает указатель на область памяти, ассоциированную с содержимым файла, доступ к которому осуществляется через открытый дескриптор файла.

#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fildes, off_t off);

Изменить начальную позицию порции данных файла, к которым выполняется обращение через совместно используемый сегмент, можно, передавая параметр off. Открытый дескриптор файла задается в параметре fildes. Объем данных, к которым возможен доступ (т. е. размер сегмента памяти), указывается в параметре len.

Параметр addr можно использовать для запроса конкретного адреса памяти. Если он равен нулю, результирующий указатель формируется автоматически. Последний вариант рекомендуется, потому что в противном случае трудно добиться переносимости; диапазоны доступных адресов в разных системах отличаются.

Параметр prot используется для установки прав доступа к сегменту памяти. Он представляет собой результат поразрядной операции or, примененной к следующим константам:

? PROT_READ — сегмент может читаться;

? PROT_WRITE — в сегмент можно писать;

? PROT_EXEC — сегмент может выполняться;

? PROT_NONE — к сегменту нет доступа.

Параметр flags контролирует, как изменения, сделанные программой в сегменте, отражаются в других местах; его возможные значения приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Функция msync вызывает запись изменений в части или во всем сегменте памяти обратно а отображенный файл (или считывание из файла).

#include <sys/mman.h>
int msync(void *addr, size_t len, int flags);

Корректируемая часть сегмента задается передачей начального адреса addr и размера len. Параметр flags управляет способом выполнения корректировки с помощью вариантов, приведенных в табл. 3.8.

Таблица 3.8

Функция munmap освобождает сегмент памяти.

#include <sys/mman.h>
int munmap(void *addr, size_t len);

В программе mmap.с из упражнения 3.5 показан файл из структур, которые будут корректироваться с помощью функции mmap и обращений в стиле массива. Ядро Linux версий, меньших 2.0, не полностью поддерживает применение функции mmap. Программа работает корректно в системе Sun Solaris и других системах.

1. Начните с определения структуры RECORD и создайте NRECORDS вариантов, в каждый из которых записывается собственный номер. Они будут добавлены в конец файла records.dat.

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct {
 int integer;
 char string[24];
} RECORD;
#define NRECORDS (100)
int main() {
 RECORD record, *mapped;
 int i, f;
 FILE *fp;
 fp = fopen("records.dat", "w+");
 for (i=0; i<NRECORDS; i++) {
  record.integer = i;
  sprintf(record.string, "RECORD-%d", i);
  fwrite(&record, sizeof(record), 1, fp);
 }
 fclose(fp);

2. Далее измените целое значение записи с 43 на 143 и запишите его в строку 43-й записи.

 fp = fopen("records.dat", "r+");
 fseek(fp, 43*sizeof(record), SEEK_SET);
 fread(&record, sizeof(record), 1, fp);
 record.integer =143;
 sprintf(record.string, "RECORD-%d", record.integer);
 fseek(fp, 43*sizeof(record), SEEK_SET);
 fwrite(&record, sizeof(record), 1, fp);
 fclose(fp);

3. Теперь отобразите записи в память и обратитесь к 43-й записи для того, чтобы изменить целое на 243 (и обновить строку записи), снова используя отображение в память.

 f = open("records.dat", O_RDWR);
 mapped = (RECORD *)mmap(0, NRECORDS*sizeof(record),
  PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, f, 0);
 mapped[43].integer = 243;
 sprintf(mapped[43].string, "RECORD-%d", mapped[43].integer);
 msync((void *)mapped, NRECORDS*sizeof(record), MS_ASYNC);
 munmap((void *)mapped, NRECORDS*sizeof(record));
 close(f);
 exit(0);
}

В главе 13 вы встретитесь с еще одним средством совместного использования памяти — разделяемой памятью System V.

Оглавление книги