内存映射文件

董力云

内存映射文件

内存映射文件与虚拟内存有些类似，通过内存映射文件可以保留一个地址空间的区域，同时将物理存储器提交给此区域，只是内存文件映射的物理存储器来自一个已经存在于磁盘上的文件，而非系统的页文件，而且在对该文件进行操作之前必须首先对文件进行映射，就如同将整个文件从磁盘加载到内存。由此可以看出，使用内存映射文件处理存储于磁盘上的文件时，将不必再对文件执行I/O操作，这意味着在对文件进行处理时将不必再为文件申请并分配缓存，所有的文件缓存操作均由系统直接管理，由于取消了将文件数据加载到内存、数据从内存到文件的回写以及释放内存块等步骤，使得内存映射文件在处理大数据量的文件时能起到相当重要的作用。另外，实际工程中的系统往往需要在多个进程之间共享数据，如果数据量小，处理方法是灵活多变的，如果共享数据容量巨大，那么就需要借助于内存映射文件来进行。实际上，内存映射文件正是解决本地多个进程间数据共享的最有效方法。

内存映射文件并不是简单的文件I/O操作，实际用到了Windows的核心编程技术--内存管理。所以，如果想对内存映射文件有更深刻的认识，必须对Windows操作系统的内存管理机制有清楚的认识，下面给出使用内存映射文件的一般方法：
首先要通过CreateFile（）函数来创建或打开一个文件内核对象，这个对象标识了磁盘上将要用作内存映射文件的文件。在用CreateFile（）将文件映像在物理存储器的位置通告给操作系统后，只指定了映像文件的路径，映像的长度还没有指定。为了指定文件映射对象需要多大的物理存储空间还需要通过CreateFileMapping（）函数来创建一个文件映射内核对象以告诉系统文件的尺寸以及访问文件的方式。在创建了文件映射对象后，还必须为文件数据保留一个地址空间区域，并把文件数据作为映射到该区域的物理存储器进行提交。由MapViewOfFile（）函数负责通过系统的管理而将文件映射对象的全部或部分映射到进程地址空间。此时，对内存映射文件的使用和处理同通常加载到内存中的文件数据的处理方式基本一样，在完成了对内存映射文件的使用时，还要通过一系列的操作完成对其的清除和使用过资源的释放。这部分相对比较简单，可以通过UnmapViewOfFile（）完成从进程的地址空间撤消文件数据的映像、通过CloseHandle（）关闭前面创建的文件映射对象和文件对象。

利用内存映射文件您可以认为操作系统已经为您把文件全部装入了内存，然后您只要移动文件指针进行读写即可了。这样您甚至不需要调用那些分配、释放内存块和文件输入/输出的API函数，另外您可以把这用作不同的进程之间共享数据的一种办法。运用内存映射文件实际上没有涉及实际的文件操作，它更象为每个进程保留一个看得见的内存空间。至于把内存映射文件当成进程间共享数据的办法来用，则要加倍小心，因为您不得不处理数据的同步问题，否则您的应用程序也许很可能得到过时或错误的数据甚至崩溃。本课中我们将主要讲述内存映射文件，将不涉及进程间的同步。WIN32中的内存映射文件应用非常广泛，譬如：即使是系统的核心模块---PE格式文件装载器也用到了内存映射文件，因为PE格式的文件并不是一次性加载到内存中来的，譬如他它在首次加载时只加载必需加载的部分，而其他部分在用到时再加载，这正好可以利用到内存映射文件的长处。实际中的大多数文件存取都和PE加载器类似，所以您在处理该类问题时也应该充分利用内存映射文件。 内存映射文件本身还是有一些局限性的，譬如一旦您生成了一个内存映射文件，那么您在那个会话期间是不能够改变它的大小的。所以内存映射文件对于只读文件和不会影响其大小的文件操作是非常有用的。当然这并不意味着对于会引起改变其大小的文件操作就一定不能用内存影射文件的方法，您可以事先估计操作后的文件的可能大小，然后生成这么大小一块的内存映射文件，然后文件的长度就可以增长到这么一个大小。

若要使用内存映射文件,必须执行下列操作步骤：

1.创建或打开一个文件内核对象,该对象用于标识磁盘上你想用作内存映射文件的文件；

2.创建一个文件映射内核对象,告诉系统该文件的大小和你打算如何访问该文件；

3.让系统将文件映射对象的全部或一部分映射到你的进程地址空间中；

当完成对内存映射文件的使用时,必须执行下面这些步骤将它清除：

1.告诉系统从你的进程的地址空间中撤消文件映射内核对象的映像；

2.关闭文件映射内核对象；

3.关闭文件内核对象；


接下来我们就看看实现的细节：
调用CreateFile打开您想要映射的文件。  
调用CreateFileMapping，其中要求传入先前CreateFile返回的句柄，该函数生成一个建立在CreateFile函数创建的文件对象基础上的内存映射对象。  
调用MapViewOfFile函数映射整个文件的一个区域或者整个文件到内存。该函数返回指向映射到内存的第一个字节的指针。  用该指针来读写文件。  
调用UnmapViewOfFile来解除文件映射。  
调用CloseHandle来关闭内存映射文件。注意必须传入内存映射文件的句柄。  
调用CloseHandle来关闭文件。注意必须传入由CreateFile创建的文件的句柄。

使用内存映射文件：
1.创建或打开文件内核对象
2.创建文件映射内核对象
3.将文件数据映射入进程地址空间
4.从进程地址空间中解除文件数据映射
5.关闭文件映射对象和文件对象
HANDLE hFile,hFileMapping;
PVOID pFile;
hFile =CreateFile(...);  告诉操作系统文件映射的物理存储的位置。
hFileMapping = CreateFileMapping(hFile,...); 告诉系统文件映射对象需要多少物理存储。
pFile = MapViewOfFile(hFileMapping,...); 让系统保留一块地址空间区域，将文件数据作为物理存储提交到该空间。

UnmapViewOfFile(pFile); 当不在需要在进程的地址空间区域中保留文件的数据映射时，可以释放该区域。
CloseHandle(hFileMapping); 关闭打开过的所有内核对象，避免进程中的资源泄漏。
CloseHandle(hFile);