內(nèi)存映射文件和文件鎖定

內(nèi)存映射文獻(xiàn)1第1頁(yè)內(nèi)存映射文獻(xiàn)I/O傳統(tǒng)訪問(wèn)磁盤(pán)文獻(xiàn)模式打開(kāi)一種文獻(xiàn)，然后通過(guò)read和write訪問(wèn)文獻(xiàn)“內(nèi)存映射”(MemoryMap)方式讀寫(xiě)文獻(xiàn)當(dāng)代操作系統(tǒng)，包括UNIX和Windows都提供了一種“內(nèi)存映射”(MemoryMap)方式讀寫(xiě)文獻(xiàn)辦法。將文獻(xiàn)中一部分連續(xù)區(qū)域，映射成一段進(jìn)程邏輯地址空間中內(nèi)存進(jìn)程獲取這段映射內(nèi)存指針后，就把這個(gè)指針當(dāng)作一般數(shù)據(jù)指針同樣引用。修改其中數(shù)據(jù)，實(shí)際修改了文獻(xiàn)，引用其中數(shù)據(jù)值，就是讀取了文獻(xiàn)訪問(wèn)文獻(xiàn)跟內(nèi)存中數(shù)據(jù)訪問(wèn)同樣MMAP方式訪問(wèn)文獻(xiàn)利用虛擬內(nèi)存功能系統(tǒng)不會(huì)為數(shù)據(jù)文獻(xiàn)內(nèi)存映射區(qū)域分派相同大小物理內(nèi)存，而是由頁(yè)面調(diào)度算法自動(dòng)進(jìn)行物理內(nèi)存分派根據(jù)虛擬內(nèi)存頁(yè)面調(diào)度算法，按需調(diào)入數(shù)據(jù)文獻(xiàn)中內(nèi)容，必要時(shí)淘汰（也許需要寫(xiě)入)內(nèi)存頁(yè)面2第2頁(yè)內(nèi)存映射文獻(xiàn)I/O長(zhǎng)處比使用read，write方式速度更加快這兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用典型使用方法：len=read(fd,buf,nbyte);len=write(fd,buf,nbyte);read需要內(nèi)核將磁盤(pán)數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)核緩沖區(qū)，再?gòu)?fù)制到顧客進(jìn)程緩沖區(qū)中，write辦法類似內(nèi)存映射方式是訪問(wèn)文獻(xiàn)速度最快辦法提供了多種獨(dú)立啟動(dòng)進(jìn)程共享內(nèi)存一種伎倆多種進(jìn)程都通過(guò)指針映射同一種文獻(xiàn)相同區(qū)域，實(shí)際訪問(wèn)同一段內(nèi)存區(qū)域，這段內(nèi)存是同一文獻(xiàn)區(qū)域內(nèi)存映射某進(jìn)程修改數(shù)據(jù)，就會(huì)造成另個(gè)進(jìn)程能夠訪問(wèn)到數(shù)據(jù)發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程共享內(nèi)存另外一種方式在Windows下就能夠通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程共享內(nèi)存注意：多進(jìn)程之間訪問(wèn)時(shí)同步和互斥，必須通過(guò)信號(hào)量等機(jī)制確保3第3頁(yè)內(nèi)存映射文獻(xiàn)有關(guān)系統(tǒng)調(diào)用(1)系統(tǒng)調(diào)用mmap通知系統(tǒng)把哪個(gè)文獻(xiàn)哪個(gè)區(qū)域以何種方式映射void*mmap(void*addr,size_tlen,intprot,intflags,intfd,off_toffset);執(zhí)行成功，返回一種指針；不然返回-1，errno統(tǒng)計(jì)了失敗原因mmap參數(shù)addr指定邏輯地址空間中映射區(qū)起始地址，一般選為0，讓系統(tǒng)自動(dòng)選擇fd：已打開(kāi)文獻(xiàn)文獻(xiàn)描述符映射范圍是從offset開(kāi)始len個(gè)字節(jié)prot是對(duì)映射區(qū)保護(hù)要求：PROT_READ和PROT_WRITE，必須與open打開(kāi)匹配flags一般選MAP_SHARE4第4頁(yè)內(nèi)存映射文獻(xiàn)有關(guān)系統(tǒng)調(diào)用(2)舉例char*p;p=mmap(0,65536,PROT_READ|PROTO_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);p是一種指針，是文獻(xiàn)fd從0開(kāi)始65536個(gè)字節(jié)程序像訪問(wèn)一般數(shù)組元素那樣訪問(wèn)p[0]~p[65535]。操作這段內(nèi)存最后操作磁盤(pán)文獻(xiàn)。系統(tǒng)會(huì)在合適時(shí)機(jī)將修改內(nèi)容寫(xiě)回磁盤(pán)文獻(xiàn)或者讀取文獻(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用munmap程序調(diào)用函數(shù)munmap，或者，進(jìn)程終止時(shí)，文獻(xiàn)內(nèi)存映射區(qū)被刪除intmunmap(void*addr,size_tlen);5第5頁(yè)文獻(xiàn)和統(tǒng)計(jì)鎖定6第6頁(yè)一種文獻(xiàn)訪問(wèn)問(wèn)題程序

intfd,cnt;fd=open("sanya",O_RDWR);for(;;){printf("按回車鍵售出一張票,按Ctrl-D退出...");if(getchar()==EOF)break;lseek(fd,SEEK_SET,0);if(read(fd,&cnt,sizeof(int))<sizeof(int)){printf("Readfileerror");exit(1);}if(cnt>0){printf("飛往三亞機(jī)票,票號(hào):%d\n",cnt);cnt--;lseek(fd,SEEK_SET,0);if(write(fd,&cnt,sizeof(int))<sizeof(int)){printf("Writefileerror");exit(1);}}else{printf("無(wú)票\n");}}close(fd);7第7頁(yè)文獻(xiàn)和統(tǒng)計(jì)鎖定機(jī)制文獻(xiàn)能夠同步被多種進(jìn)程訪問(wèn)，需要互斥（操作系統(tǒng)教科書(shū)中“讀者寫(xiě)者問(wèn)題”）使用信號(hào)燈機(jī)制和共享內(nèi)存等辦法非常復(fù)雜，UNIX提供了對(duì)文獻(xiàn)和統(tǒng)計(jì)鎖定機(jī)制，用于多進(jìn)程間對(duì)文獻(xiàn)互斥性訪問(wèn)術(shù)語(yǔ)“統(tǒng)計(jì)”指是一種文獻(xiàn)中從某一位置開(kāi)始連續(xù)字節(jié)流，UNIX提供了對(duì)統(tǒng)計(jì)鎖定機(jī)制，用于鎖定文獻(xiàn)中某一部分能夠把一種統(tǒng)計(jì)定義為從文獻(xiàn)首開(kāi)始直至文獻(xiàn)尾，因此，文獻(xiàn)鎖定事實(shí)上是統(tǒng)計(jì)鎖定一種特例8第8頁(yè)咨詢式鎖定和強(qiáng)制性鎖定咨詢式鎖定在某進(jìn)程將統(tǒng)計(jì)鎖定后，其他進(jìn)程假如直接操作這一統(tǒng)計(jì)（操作前不執(zhí)行上鎖操作），那么，操作系統(tǒng)并不制止它對(duì)已鎖定統(tǒng)計(jì)操作使用咨詢式鎖定，每個(gè)進(jìn)程在訪問(wèn)統(tǒng)計(jì)之前必須先執(zhí)行鎖定操作，才能確保對(duì)這一統(tǒng)計(jì)互斥性訪問(wèn)。因此，為了使咨詢式鎖定有效，訪問(wèn)同一統(tǒng)計(jì)進(jìn)程之間要互相協(xié)作。強(qiáng)制性鎖定在某進(jìn)程將統(tǒng)計(jì)鎖定后，其他進(jìn)程假如直接操作這一統(tǒng)計(jì)（操作前不執(zhí)行上鎖操作），那么操作系統(tǒng)將強(qiáng)制性制止它對(duì)已鎖定統(tǒng)計(jì)操作，將進(jìn)程睡眠直到該統(tǒng)計(jì)解鎖為止9第9頁(yè)共享鎖和互斥鎖共享鎖（或叫讀鎖）這種機(jī)制使得多種進(jìn)程讀統(tǒng)計(jì)讀操作能夠同步進(jìn)行，即某一進(jìn)程讀統(tǒng)計(jì)時(shí)，不排斥其他進(jìn)程也讀該統(tǒng)計(jì)，不過(guò)排斥任何對(duì)該統(tǒng)計(jì)寫(xiě)操作互斥鎖（也叫寫(xiě)鎖）當(dāng)某進(jìn)程寫(xiě)統(tǒng)計(jì)時(shí)，排斥所有其他進(jìn)程對(duì)該統(tǒng)計(jì)讀和寫(xiě)10第10頁(yè)文獻(xiàn)鎖操作：系統(tǒng)調(diào)用fcntlintfcntl(intfd,intcmd,structflock*lock);構(gòu)造體flock定義如下：structflock{shortl_type;shortl_whence;longl_start;longl_len;longl_sysid;shortl_pid;};cmd在對(duì)統(tǒng)計(jì)上鎖或解鎖應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)取F_SETLKW11第11頁(yè)構(gòu)造體flockl_type取值F_RDLCK對(duì)統(tǒng)計(jì)上鎖，鎖類型為讀鎖F_WRLCK對(duì)統(tǒng)計(jì)上鎖，鎖類型為寫(xiě)鎖F_UNLCK對(duì)統(tǒng)計(jì)解鎖l_whence和l_start描述了該統(tǒng)計(jì)從文獻(xiàn)何處開(kāi)始描述辦法與系統(tǒng)調(diào)用lseek()描述辦法相同(SEEK_SET/SEEK_CUR/SEEK_END)l_len描述統(tǒng)計(jì)大小，該統(tǒng)計(jì)具有多少字節(jié)當(dāng)l_len取值為0時(shí)，鎖范圍總是被置成從指定位置開(kāi)始超出文獻(xiàn)尾12第12頁(yè)舉例(寫(xiě)鎖）售票程序

lock.l_type=F_WRLCK;lock.l_whence=SEEK_SET;lock.l_start=0;lock.l_len=sizeof(int);fcntl(fd,F_SETLKW,&lock);lseek(fd,SEEK_SET,0);read(fd,&cnt,sizeof(int));if(cnt>0){printf("飛往三亞機(jī)票,票號(hào):%d\n",cnt);cnt--;lseek(fd,SEEK_SET,0);write(fd,&cnt,sizeof(int));}elseprintf("無(wú)票\n");

lock.l_type=F_UNLCK;lock.l_whence=SEEK_SET;lock.l_start=0;lock.l_len=sizeof(int);fcntl(fd,F_SETLK,&lock);13第13頁(yè)舉例（讀鎖）查詢程序

lock.l_type=F_RDLCK;lock.l_whence=SEEK_SET;lock.l_start=0;lock.l_len=sizeof(int);fcntl(fd,F_SETLKW,&lock)；

lseek(fd,SEEK_SET,0);read(fd,&cnt,sizeof(int))；printf("還剩%d張票\n",cnt);

lock.l_type=F_UNLCK;lock.l_whence=SEEK_SET;lock.l_start=0;lock.l_len=sizeof