12.2. Функции mmap, munmap и msync

12.2. Функции mmap, munmap и msync

Функция mmap отображает в адресное пространство процесса файл или объект разделяемой памяти Posix. Мы используем эту функцию в следующих ситуациях:

1. С обычными файлами для обеспечения ввода-вывода через отображение в память (раздел 12.3).

2. Со специальными файлами для обеспечения неименованного отображения памяти (разделы 12.4 и 12.5).

3. С shm_open для создания участка разделяемой неродственными процессами памяти Posix.

#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

/* Возвращает начальный адрес участка памяти в случае успешного завершения. MAP_FAILED – в случае ошибки */

Аргумент addr может указывать начальный адрес участка памяти процесса, в который следует отобразить содержимое дескриптора fd. Обычно ему присваивается значение нулевого указателя, что говорит ядру о необходимости выбрать начальный адрес самостоятельно. В любом случае функция возвращает начальный адрес сегмента памяти, выделенной для отображения.

Аргумент len задает длину отображаемого участка в байтах; участок может начинаться не с начала файла (или другого объекта), а с некоторого места, задаваемого аргументом offset. Обычно offset = 0. На рис. 12.5 изображена схема отображения объекта в память.

Рис. 12.5. Пример отображения файла в память

Защита участка памяти с отображенным объектом обеспечивается с помощью аргумента prot и констант, приведенных в табл. 12.1. Обычное значение этого аргумента — PROT_READ | PROT_WRITE, что обеспечивает доступ на чтение и запись.

Таблица 12.1. Аргумент prot для вызова mmap

Таблица 12.2. Аргумент flag для вызова mmap

Аргумент flags может принимать значения из табл. 12.2. Можно указать только один из флагов — MAP_SHARED или MAP_PRIVATE, прибавив к нему при необходимости MAP_FIXED. Если указан флаг MAP_PRIVATE, все изменения будут производиться только с образом объекта в адресном пространстве процесса; другим процессам они доступны не будут. Если же указан флаг MAP_SHARED, изменения отображаемых данных видны всем процессам, совместно использующим объект.

Для обеспечения переносимости пpoгрaмм флаг MAP_FIXED указывать не следует. Если он не указан, но аргумент addr представляет собой ненулевой указатель, интерпретация этого аргумента зависит от реализации. Ненулевое значение addr обычно трактуется как указатель на желаемую область памяти, в которую нужно произвести отображение. В переносимой программе значение addr должно быть нулевым и флаг MAP_FIXED не должен быть указан.

Одним из способов добиться совместного использования памяти родительским и дочерним процессами является вызов mmap с флагом MAP_SHARED перед вызовом fork. Стандарт Posix.1 гарантирует в этом случае, что все отображения памяти, установленные родительским процессом, будут унаследованы дочерним. Более того, изменения в содержимом объекта, вносимые родительским процессом, будут видны дочернему, и наоборот. Эту схему мы вскоре продемонстрируем в действии.

Для отключения отображения объекта в адресное пространство процесса используется вызов munmap:

#include <sys/mman.h>

int munmap(void *addr, size_t len);

/* Возвращает 0 в случае успешного завершения, –1 – в случае ошибки */

Аргумент addr должен содержать адрес, возвращенный mmap, a len — длину области отображения. После вызова munmap любые попытки обратиться к этой области памяти приведут к отправке процессу сигнала SIGSEGV (предполагается, что эта область памяти не будет снова отображена вызовом mmap).

Если область была отображена с флагом MAP_PRIVATE, все внесенные за время работы процесса изменения сбрасываются.

В изображенной на рис. 12.5 схеме ядро обеспечивает синхронизацию содержимого файла, отображенного в память, с самой памятью при помощи алгоритма работы с виртуальной памятью (если сегмент был отображен с флагом MAP_SHARED). Если мы изменяем содержимое ячейки памяти, в которую отображен файл, через некоторое время содержимое файла будет соответствующим образом изменено ядром. Однако в некоторых случаях нам нужно, чтобы содержимое файла всегда было в соответствии с содержимым памяти. Тогда для осуществления моментальной синхронизации мы вызываем msync:

#include <sys/mman.h>

int msync(void *addr, size_t len, int flags);

/* Возвращает 0 в случае успешного завершения, –1 – в случае ошибки */

Аргумент flags представляет собой комбинацию констант из табл. 12.3.

Таблица 12.3. Значения аргумента flags для функции msync

Из двух констант MS_ASYNC и MS_SYNC указать нужно одну и только одну. Отличие между ними в том, что возврат из функции при указании флага MS_ASYNC происходит сразу же, как только данные для записи будут помещены в очередь ядром, а при указании флага MS_SYNC возврат происходит только после завершения операций записи. Если указан и флаг MS_INVALIDATE, все копии файла, содержимое которых не совпадает с его текущим содержимым, считаются устаревшими. Последующие обращения к этим копиям приведут к считыванию данных из файла.