内存映射文件之剖析(二)

经作者同意转载自  http://blog.csdn.net/xrbeck

内存映射文件

前面已经提到:内存映射文件是拿文件直接当作系统的内存使用,那么它主要

的用途是什么呢?主要有以下两点:

1.       直接用内存映射文件来访问磁盘上的数据文件,无需再进行文件

的I/0操作.

2.       用来在多个进程之间共享数据.进程间共享数据有很多种方法,比如

发送消息WM_COPYDATA,匿名管道等等,但他们的低层都毫无例外

的使用到了Mapping File.然而因为WM_COPYDATA一定需要使用

同步函数SendMessage,所以在实时性方面表现的不是很好.

(至于同步和异步的区别可以参考笔者的另一篇文章:

)

 

前面已经提到过,内存映射文件的位置在3G—4G的空间中,这部分是Win32

所有进程都看的到并且共享的,自然可以用来传输数据,另外各个进程所

共享的DLL等也是映射在这个空间范围.

   内存映射文件的使用可以分为以下三步:

1.CreateFileMapping    创建一个文件映射内核对象

2.MapViewOfFile       将文件数据映射进进程地址空间

3.UnmapViewOfFile     从进程地址空间解除这个映射

 

   下面以Mapping File的两个主要作用分别给出两个简单的例子:

 

A  直接用内存映射文件访问文件.

    首先在C盘下创建一个Mapping.txt里面输入1234567

    HANDLE  hFile=CreateFile("c:mapping.txt",

                                GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,

                                FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE,

                                NULL,

                                OPEN_EXISTING,

                                FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,

                                NULL);

    HANDLE hFilemap = CreateFileMapping(hFile..);

                                          NULL,

                                          PAGE_READWRITE,

                                          0,

                                          100,     // 只是开辟100个

                                          NULL);

LPVOID pVoid=MapViewOfFile(hFilemap,FILE_MAP_ALL_ACCESS,0,0,0);

Char *Buf=(char *)pVoid;

Buf[0]=”T”

CloseHandle(hFile);

CloseHandle(hFilemap);

UnmapViewOfFile(pVoid);

(注意:没有考虑异常情况)

 

       这样,当我们再打开Mapping.txt的文件的时候,就发现第一个字节”1”

    已经被改为了’T’.

   也许有些读者会提问:干吗这么麻烦呢?直接用fopen或者CreateFile

不就OK了?是的,小文件是,可是如果这个文件有上百兆呢?Mapping

File为我们提供了一种直接映射存取的方便之道.

   这里有个小小的地方要注意,创建映射对象的时候有个保护属性

fdwProtect可以选择PAGE_WRITECOPY,顾名思义是用来写拷贝的,

系统在收到这个参数后,将会从页面文件中额外的提交物理内存

(前面已经提到过,映射对象不使用页面文件).当发生读操作的时候,系统

仍旧使用映射文件,当发生写操作的时候,系统从页面文件中分配页面,

从映射文件中拷贝到该页进行访问,这样使得原先的写操作被丢弃.

读者可以试着照上面的例子把CreateFileMapping和MapViewOfFile

里面的两个对应字节改为PAGE_WRITECOPY和FILE_MAP_COPY,

这样原文件即使有写操作也不会被改动.

 

B 在不同的进程间共享数据

    要进行共享如果每次都要在硬盘上创建一个文件该是多么的麻烦啊,

  Windows提供了这样一种机制:当在创建映射对象的时候如果hFile

  填上(HANDLE)0xFFFFFFFF,系统会自动从页面文件中创建文件对象.

    另外有书上提到共享方式是以p2p的方式还是c/s的架构来进行,

  我想不过是打开的方式不同吧,没有别的差别,(一个用CreateFileMapping

打开看是否为已经存在,另一个用OpenFileMapping打开)

 

来看个例子;

 

 # define WM_DATACOMING    WM_USER+100

 

进程A:

  HANDLE hFilemap=CreateFileMapping((HANDLE)0xFFFFFFFF,

                                          NULL,

                                          PAGE_READWRITE,

                                          0,

                                          100,

                                          "SHARED");

 

  LPVOID pVoid=MapViewOfFile(hFilemap,FILE_MAP_ALL_ACCESS,0,0,0);

  memset(pVoid,0,100);

  strcpy((char *)pVoid,"this is a mapping file test");

HANDLE hDes=FindWindow(NULL,"MAPPING");   // 对象窗口的名称

SendMessage(hDes, WM_DATACOMING,0,0);

CloseHandle(hFilemap);

UnmapViewOfFile(pVoid);

 

进程B(拥有窗口名称为MAPPING)

 

//  WM_DATACOMING消息捕捉函数

HANDLE hFilemap=OpenFileMapping(NULL,NULL,"SHARED");

LPVOID pVoid=MapViewOfFile(hFilemap,FILE_MAP_ALL_ACCESS,0,0,0);

Label1->Caption=(char *)pVoid;

 

可以看到数据已经被正确的传送过来.

可能有些读者已经注意到,在这种情况下需要给映射对象取个名字(例子

中为SHARED),是的,在这种用途下需要给它取个名字,而在第一种应用

中这个地方可以被忽略.这里可能会引起打架的地方就是这个名字了,

如果多个进程创建了多个映射对象,根据名字来不是比较容易冲突了吗?

是的,这是个问题,笔者建议可以采用窗体的名称(MAPPING)或者别的

唯一的ID来使得不引起混淆.

   请注意这个函数:MapViewOfFile,注意到里面有个单词:Viewà视

这个函数是把创建好的映射对象真正提交到地址空间去,这就产生了

一个视.Windows中允许映射统一数据文件的多个视,比如说可以将

一个文件的全部映射到一个视,然后将他的前10K单独映射为一个视.

那么系统是不是真正区别这多个视呢?答案是要看是什么系统,

如果是Win9x,系统并没有额外再映射一个新的地址给它,而只是

把原先的基地址加上一个偏移量做为新的视的地址而返回,换句话

说地址空间只有一份,而WinNT则是真正的新产生了一个地址空间

返回来.

   看看下面这个小例子:

HANDLE hFilemap=CreateFileMapping((HANDLE)0xFFFFFFFF,

                                          NULL,

                                          PAGE_READWRITE,

                                          0,

                                          100,

                                          "SHARED");

// 提交整个地址给空间

LPVOID pVoid1=MapViewOfFile(hFilemap,FILE_MAP_ALL_ACCESS,0,0,0);

// 从偏移40产生一个新视

LPVOID pVoid2= MapViewOfFile(hFilemap,FILE_MAP_ALL_ACCESS,0,40,0);

If(pVoid1+40==pVoid2)

       MessageBox(“Run On Win95”);

else

 MessageBox(“Run On NT”);

 

 可以注意到返回的值为0x8…这符合地址列表中MappingFile的位置.必然在

“Server”中开启的映射对象的地址和”Client”中利用MapViewOfFile返回的地址

是一致的(9x环境).这也是因为这个部分的地址空间是大家共享的.

   那么既然是一样的,能不能直接使用这个值呢?比如上面的进程间共享数据

的例子:如果进程A的发送语句改为:

   // 把指针值作为参数传递

   SendMessage(hDes, WM_DATACOMING,(WPARAM) pVoid,0);

 

进程B的接受消息部分改为:

   LPVOID pVoid=(LPVOID)MSG.WPARAM;

   Label1->Caption=(char *)pVoid;

 

可以看到可以正确的显示出来,因为指针所指的地方的确是有这么一笔数据,

那么是不是意味着我们就能这么使用呢?答案是否定的,首先这个值相等

只是在Win9x的环境下,在NT环境下是不相等的,另外NT下访问这个地址

空间的时候要求一定要先使用MapViewOfFile函数.这是第一个原因,更加

重要的是内存映射对象属于内核对象(Kernal Object),这种对象的最大不同就

在于它是系统维护的一块数据结构,用户只能通过相应的接口函数进行间接

的访问.每访问一次就增加一个引用记数(reference count),当计数器变为0的

时候,系统自动释放这个内核对象.在上面的例子中,尽管Server端和Client

的值是一样的,但是如果Server端执行UnmapViewOfFile释放内核对象的时候,

这部分数据将会被系统释放掉,因为它的引用计数只是1,只有我们在Client

端使用MapViewOfFile增加这个对象的计数的时候,才不会被系统释放掉.

 

                                                    堆

  Win32的堆位于进程私有空间内,属于自由分配区,比如大家在C++中常

使用的new操作符就是在这个地方分配的,关于堆的操作有HeapCreate

和HeapAlloc等,这里就不再继续讨论了.

 

后记

   Mapping File一直是个比较难以讨论的问题,在CSDN上也看到不少网友

讨论的比较模糊,最后不了了之.笔者对这个问题也一直想搞个明白,在看

Richter的大作的时候,因为内存这个部分是连在一起

的好几章,理论也比较抽象和繁杂,看的很是头痛.写出这篇文章也是希望

帮助大家更好的理解这个部分,对内存有着进一步的了解以便更好的开发程序.

有兴趣进一步研究者可联系  QQ:33854303

 

 

                                                                                xrbeck写于2002/7/3

参考资料:

1.       Windows 高级编程指南 Jeffery Richter

2.       Windows程序设计      Charles Petzold

3.       Win32多线程程序设计  侯捷译