Марк Митчелл - Программирование для Linux. Профессиональный подход

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define FILE_LENGTH 0x100

/* получение случайного числа в диапазоне [low,high]. */

int random_range(unsigned const low, unsigned const high) {

unsigned const range = high - low + 1;

return

low + (int)(((double)range) * rand() / (RAND_MAX + 1.0));

}

int main (int argc, char* const argv[]) {

int fd;

void* file_memory;

/* Инициализация генератора случайных чисел. */

srand(time(NULL));

/* подготовка файла, размер которого будет достаточен для

записи беззнакового целого числа. */

fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);

lseek(fd, FILE_LENGTH+1, SEEK_SET);

write(fd, "", 1);

lseek(fd, 0, SEEK_SET);

/* Создание отображаемой области. */

file_memory =

mmap(0, FILE_LENGTH, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);

close(fd);

/* Запись случайного числа в отображаемую память. */

sprintf((char*)file_memory,

"%d\n", random_range(-100, 100));

/* Освобождение памяти (не обязательно, так как программа

завершается). */

munmap(file_memory, FILE_LENGTH);

return 0;

}

Программа mmap-writeпытается открыть файл и, если он не существует, создает его. Третий аргумент функции open()указывает на то, что файл доступен для чтения/записи. Поскольку длина файла неизвестна, с помощью функции lseek()мы убеждаемся в том, что файл имеет достаточную длину для записи беззнакового целого числа, а затем возвращаемся в начало файла.

Программа закрепляет файл за областью памяти и закрывает его дескриптор, так как в нем больше нет необходимости. После этого программа записывает случайное число в отображаемую память, т.е. в файл, и освобождает память. В принципе, вызывать функцию munmap()нет необходимости, так как ОС Linux автоматически освободит память при завершении программы.

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define FILE_LENGTH 0x100

int main(int argc, char* const argv[]) {

int fd;

void* file_memory;

int integer;

/* Открытие файла. */

fd = open(argv[1], O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR);

/* Создание отображаемой области. */

file_memory =

mmap(0, FILE_LENGTH, PROT_READ | PROT_WRITE,

MAP_SHARED, fd, 0);

close(fd);

/* Чтение целого числа и вывод его на экран. */

sscanf(file_memory, "%d", &integer);

printf("value: %d\n", integer);

/* Удваиваем число и записываем его обратно в файл. */

sprintf((char*)file_memory, "%d\n", 2 * integer);

/* Освобождение памяти (не обязательно, так как программа

завершается). */

munmap(file_memory, FILE_LENGTH);

return 0;

}

Программа mmap-readчитает число из файла, а затем удваивает его и записывает обратно в файл. Сначала файл открывается для чтения/записи. Поскольку предполагается, что файл содержит число, проверка с помощью функции lseek(), как в предыдущей программе, не требуется. Чтение содержимого памяти и его анализ выполняет функция lseek(). Функция sprintf()форматирует число и записывает его в память.

Ниже показан пример запуска обеих программ. Им на вход передается файл /tmp/integer-file.

% ./mmap-write /tmp/integer-file

% cat /tmp/integer-file

42

% ./mmap-read /tmp/integer-file

value: 42

% cat /tmp/integer-file

84

Обратите внимание: значение 42 оказалось записано в файл на диске, хотя функция write()не вызывалась. Последующее чтение файла осуществлялось без функции read(). Целое число записывалось в файл и извлекалось из него в текстовом виде (с помощью функций sprintf()и sscanf()). Это сделано исключительно в демонстрационных целях. В действительности отображаемый файл может содержать не только текст, но и двоичные данные.

Процессы могут взаимодействовать друг с другом через области отображаемой памяти, связанные с одним и тем же файлом. Если в функции mmap()указать флаг MAP_SHARED, все данные, заносимые в отображаемую память, будут немедленно записываться в файл, т.е. становиться видимыми другим процессам. При отсутствии этого флага ОС Linux может осуществлять предварительную буферизацию записываемых данных.

С другой стороны, с помощью функции msync()можно заставить операционную систему перенести содержимое буфера в дисковый файл. Первые два параметра этой функции такие же, как и в функции munmap(). Третий параметр может содержать следующие флаги.

■ MS_ASYNC. Операция обновления ставится в очередь планировщика и будет выполнена, но не обязательно до того, как функция завершится.

■ MS_SYNC. Операция обновления выполняется немедленно. До ее завершения функция блокируется. Флаги MS_ASYNCи MS_SYNCнельзя указывать одновременно.

■ MS_INVALIDATE. Все остальные отображаемые области помечаются как недействительные и подлежащие обновлению.

Следующая функция обновляет файл, область отображения которого начинается с адреса mem_addrи имеет длину mem_length:

msync(mem_addr, mem_length, MS_SYNC | MS_INVALIDATE);

Как и в случае совместного использования сегментов памяти, при работе с отображаемыми областями необходимо придерживаться определенного порядка во избежание конкуренции. Например, можно создать семафор, который позволит только одному процессу обращаться к отображаемой памяти в конкретный момент времени. Можно также воспользоваться функцией fcntl()и поставить на файл блокировку чтения или записи (об этом рассказывается в разделе 8.3, "Функция fcntl(): блокировки и другие операции над файлами").

Если в функции mmap()указан флаг MAP_PRIVATE, отображаемая область создается в режиме "копирование при записи". Любые операции записи в эту область имеют эффект только в адресном пространстве текущего процесса. Другие процессы, связанные с тем же самым отображаемым файлом, не узнают об изменениях. Изменения заносятся не на страницу, доступную всем процессам, а в частную копию этой страницы. Все последующие операции чтения и записи в данном процессе будут выполняться по отношению к этой копии.

Функция mmap()может использоваться не только для организации взаимодействия процессов. Часто она выступает в качестве замены функциям read()и write(). Например, вместо того чтобы непосредственно загружать содержимое файла в память, программа может связать файл с отображаемой памятью и сканировать его путем обращения к памяти. Иногда это удобнее и быстрее, чем выполнять операции файлового ввода-вывода.