Сопоставленные в памяти файлы

Отображаемый в память файл содержит содержимое файла в виртуальной памяти. Отображение файла в области памяти позволяет приложению, содержащему несколько процессов, взаимодействовать с файлом путем чтения этой памяти и записи в нее. Вы можете использовать управляемый код для доступа к сопоставленным в памяти файлам тем же способом, что и собственные функции Windows. Описание этого механизма можно найти на странице Управление сопоставленными в памяти файлами.

Есть два типа отображенных в память файлов:

• Постоянные отображенные в память файлы.

  В контексте отображения в память постоянными называются файлы, сопоставленные с исходным файлом на диске. Когда последний процесс завершит работу с таким файлом, все данные сохраняются в исходный файл на диске. Такие отображенные в память файлы удобны для работы с очень большими исходными файлами.

• Непостоянные отображенные в память файлы.

  Непостоянными называются отображенные в память файлы, которые не сопоставлены с файлом на диске. Когда последний процесс закончит работу с таким файлом, данные не сохраняются, а файл удаляется при сборке мусора. Такие файлы позволяют создать общую область памяти для межпроцессного взаимодействия (IPC).

Процессы, представления и управление памятью

Отображенные в память файлы можно сделать общими для нескольких процессов. Процессы могут обращаться к одному отображенному в память файлу по единому имени, которое назначается процессом, создающим этот файл.

Для работы с отображенным в память файлом следует создать представление всего файла или его части. Также вы можете создать несколько представлений для одной части отображенного в память файла, фактически применяя одновременно используемую память. Чтобы два представления оставались согласованными, их нужно создавать из одного отображенного в память файла.

Несколько представлений потребуются еще и в том случае, если размер файла превышает размер пространства логической памяти, доступной приложению для сопоставления с памятью (например, 2 ГБ на 32-разрядном компьютере).

Есть два типа представлений: представление потокового доступа и представление произвольного доступа. Представления потокового доступа удобны для последовательного доступа к файлу (чаще всего это непостоянные файлы и IPC). Представления произвольного доступа предпочтительны для работы с постоянными файлами.

Доступ к сопоставленным с памятью файлам осуществляется через диспетчер памяти операционной системы, который автоматически разделяет файл на несколько страниц и предоставляет их по мере необходимости. Вам не придется самостоятельно осуществлять управление памятью.

На следующем изображении показано, как несколько процессов могут одновременно использовать несколько перекрывающихся представлений для одного отображенного в память файла:

На следующем рисунке показано несколько перекрывающихся представлений для отображенного в память файла:

Программирование с использованием отображенных в память файлов

В следующей таблице содержатся инструкции по использованию объектов и элементов для отображенных в память файлов.

Безопасность

При создании отображенного в память файла вы можете применить к нему права доступа. Для этого используйте следующие методы, которые принимают в качестве параметра перечисление MemoryMappedFileAccess:

• MemoryMappedFile.CreateFromFile

• MemoryMappedFile.CreateNew

• MemoryMappedFile.CreateOrOpen

Вы можете указать права доступа для открытия существующего отображенного в память файла, используя методы OpenExisting, которые принимают MemoryMappedFileRights в качестве параметра.

Кроме того, можно включить объект MemoryMappedFileSecurity с предварительно определенными правилами доступа.

Чтобы применить к отображенному в память файлу новые или измененные правила доступа, используйте метод SetAccessControl. Чтобы получить доступ или проверить правила для существующего файла, используйте метод GetAccessControl.

Примеры

Постоянные отображенные в память файлы

Метод CreateFromFile позволяет создать отображенный в память файл из существующего файла на диске.

В следующем примере создается отображенное в память представление для части очень большого файла, с которым выполняются определенные действия:

using System;
using System.IO;
using System.IO.MemoryMappedFiles;
using System.Runtime.InteropServices;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        long offset = 0x10000000; // 256 megabytes
        long length = 0x20000000; // 512 megabytes

        // Create the memory-mapped file.
        using (var mmf = MemoryMappedFile.CreateFromFile(@"c:\ExtremelyLargeImage.data", FileMode.Open,"ImgA"))
        {
            // Create a random access view, from the 256th megabyte (the offset)
            // to the 768th megabyte (the offset plus length).
            using (var accessor = mmf.CreateViewAccessor(offset, length))
            {
                int colorSize = Marshal.SizeOf(typeof(MyColor));
                MyColor color;

                // Make changes to the view.
                for (long i = 0; i < length; i += colorSize)
                {
                    accessor.Read(i, out color);
                    color.Brighten(10);
                    accessor.Write(i, ref color);
                }
            }
        }
    }
}

public struct MyColor
{
    public short Red;
    public short Green;
    public short Blue;
    public short Alpha;

    // Make the view brighter.
    public void Brighten(short value)
    {
        Red = (short)Math.Min(short.MaxValue, (int)Red + value);
        Green = (short)Math.Min(short.MaxValue, (int)Green + value);
        Blue = (short)Math.Min(short.MaxValue, (int)Blue + value);
        Alpha = (short)Math.Min(short.MaxValue, (int)Alpha + value);
    }
}

Imports System.IO
Imports System.IO.MemoryMappedFiles
Imports System.Runtime.InteropServices

Class Program

    Sub Main()
        Dim offset As Long = &H10000000 ' 256 megabytes
        Dim length As Long = &H20000000 ' 512 megabytes

        ' Create the memory-mapped file.
        Using mmf = MemoryMappedFile.CreateFromFile("c:\ExtremelyLargeImage.data", FileMode.Open, "ImgA")
            ' Create a random access view, from the 256th megabyte (the offset)
            ' to the 768th megabyte (the offset plus length).
            Using accessor = mmf.CreateViewAccessor(offset, length)
                Dim colorSize As Integer = Marshal.SizeOf(GetType(MyColor))
                Dim color As MyColor
                Dim i As Long = 0

                ' Make changes to the view.
                Do While (i < length)
                    accessor.Read(i, color)
                    color.Brighten(10)
                    accessor.Write(i, color)
                    i += colorSize
                Loop
            End Using
        End Using
    End Sub
End Class

Public Structure MyColor
    Public Red As Short
    Public Green As Short
    Public Blue As Short
    Public Alpha As Short

    ' Make the view brighter.
    Public Sub Brighten(ByVal value As Short)
        Red = CType(Math.Min(Short.MaxValue, (CType(Red, Integer) + value)), Short)
        Green = CType(Math.Min(Short.MaxValue, (CType(Green, Integer) + value)), Short)
        Blue = CType(Math.Min(Short.MaxValue, (CType(Blue, Integer) + value)), Short)
        Alpha = CType(Math.Min(Short.MaxValue, (CType(Alpha, Integer) + value)), Short)
    End Sub
End Structure

В следующем примере тот же отображенный в память файл открывается для другого процесса:

using System;
using System.IO.MemoryMappedFiles;
using System.Runtime.InteropServices;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // Assumes another process has created the memory-mapped file.
        using (var mmf = MemoryMappedFile.OpenExisting("ImgA"))
        {
            using (var accessor = mmf.CreateViewAccessor(4000000, 2000000))
            {
                int colorSize = Marshal.SizeOf(typeof(MyColor));
                MyColor color;

                // Make changes to the view.
                for (long i = 0; i < 1500000; i += colorSize)
                {
                    accessor.Read(i, out color);
                    color.Brighten(20);
                    accessor.Write(i, ref color);
                }
            }
        }
    }
}

public struct MyColor
{
    public short Red;
    public short Green;
    public short Blue;
    public short Alpha;

    // Make the view brigher.
    public void Brighten(short value)
    {
        Red = (short)Math.Min(short.MaxValue, (int)Red + value);
        Green = (short)Math.Min(short.MaxValue, (int)Green + value);
        Blue = (short)Math.Min(short.MaxValue, (int)Blue + value);
        Alpha = (short)Math.Min(short.MaxValue, (int)Alpha + value);
    }
}

Imports System.IO.MemoryMappedFiles
Imports System.Runtime.InteropServices

Class Program
    Public Shared Sub Main(ByVal args As String())
        ' Assumes another process has created the memory-mapped file.
        Using mmf = MemoryMappedFile.OpenExisting("ImgA")
            Using accessor = mmf.CreateViewAccessor(4000000, 2000000)
                Dim colorSize As Integer = Marshal.SizeOf(GetType(MyColor))
                Dim color As MyColor

                ' Make changes to the view.
                Dim i As Long = 0
                While i < 1500000
                    accessor.Read(i, color)
                    color.Brighten(30)
                    accessor.Write(i, color)
                    i += colorSize
                End While
            End Using
        End Using
    End Sub
End Class

Public Structure MyColor
    Public Red As Short
    Public Green As Short
    Public Blue As Short
    Public Alpha As Short

    ' Make the view brigher.
    Public Sub Brighten(ByVal value As Short)
        Red = CShort(Math.Min(Short.MaxValue, CInt(Red) + value))
        Green = CShort(Math.Min(Short.MaxValue, CInt(Green) + value))
        Blue = CShort(Math.Min(Short.MaxValue, CInt(Blue) + value))
        Alpha = CShort(Math.Min(Short.MaxValue, CInt(Alpha) + value))
    End Sub
End Structure

Непостоянные отображенные в память файлы

Методы CreateNew и CreateOrOpen позволяют создать отображенный в память файл, который не сопоставлен ни с каким файлом на диске.

Приведенный ниже пример состоит из трех отдельных процессов (консольных приложений), при которых логические значения записываются в отображенный в память файл. Последовательность действий следующая:

1. Process A — создается отображенный в память файл и в него записывается значение.

2. Process B — открывается отображенный в память файл и в него записывается значение.

3. Process C — открывается отображенный в память файл и в него записывается значение.

4. Process A — из отображенного в память файла считываются значения, затем значения отображаются.

5. Когда в Process A завершается работа с отображенным в память файлом, он немедленно уничтожается при сборке мусора.

Чтобы выполнить этот пример, сделайте следующее:

1. Скомпилируйте приложение и откройте три окна командной строки.

2. В первом окне командной строки выполните команду Process A.

3. Во втором окне командной строки выполните команду Process B.

4. Вернитесь к Process A и нажмите клавишу ВВОД.

5. В третьем окне командной строки выполните команду Process C.

6. Вернитесь к Process A и нажмите клавишу ВВОД.

Выходные данные Process A выглядят следующим образом:

Start Process B and press ENTER to continue.  
Start Process C and press ENTER to continue.  
Process A says: True  
Process B says: False  
Process C says: True  

Process A

using System;
using System.IO;
using System.IO.MemoryMappedFiles;
using System.Threading;

class Program
{
    // Process A:
    static void Main(string[] args)
    {
        using (MemoryMappedFile mmf = MemoryMappedFile.CreateNew("testmap", 10000))
        {
            bool mutexCreated;
            Mutex mutex = new Mutex(true, "testmapmutex", out mutexCreated);
            using (MemoryMappedViewStream stream = mmf.CreateViewStream())
            {
                BinaryWriter writer = new BinaryWriter(stream);
                writer.Write(1);
            }
            mutex.ReleaseMutex();

            Console.WriteLine("Start Process B and press ENTER to continue.");
            Console.ReadLine();

            Console.WriteLine("Start Process C and press ENTER to continue.");
            Console.ReadLine();

            mutex.WaitOne();
            using (MemoryMappedViewStream stream = mmf.CreateViewStream())
            {
                BinaryReader reader = new BinaryReader(stream);
                Console.WriteLine("Process A says: {0}", reader.ReadBoolean());
                Console.WriteLine("Process B says: {0}", reader.ReadBoolean());
                Console.WriteLine("Process C says: {0}", reader.ReadBoolean());
            }
            mutex.ReleaseMutex();
        }
    }
}

Imports System.IO
Imports System.IO.MemoryMappedFiles
Imports System.Threading

Module Module1

    ' Process A:
    Sub Main()
        Using mmf As MemoryMappedFile = MemoryMappedFile.CreateNew("testmap", 10000)
            Dim mutexCreated As Boolean
            Dim mTex As Mutex = New Mutex(True, "testmapmutex", mutexCreated)
            Using Stream As MemoryMappedViewStream = mmf.CreateViewStream()
                Dim writer As BinaryWriter = New BinaryWriter(Stream)
                writer.Write(1)
            End Using
            mTex.ReleaseMutex()
            Console.WriteLine("Start Process B and press ENTER to continue.")
            Console.ReadLine()

            Console.WriteLine("Start Process C and press ENTER to continue.")
            Console.ReadLine()

            mTex.WaitOne()
            Using Stream As MemoryMappedViewStream = mmf.CreateViewStream()
                Dim reader As BinaryReader = New BinaryReader(Stream)
                Console.WriteLine("Process A says: {0}", reader.ReadBoolean())
                Console.WriteLine("Process B says: {0}", reader.ReadBoolean())
                Console.WriteLine("Process C says: {0}", reader.ReadBoolean())
            End Using
            mTex.ReleaseMutex()

        End Using

    End Sub

End Module

Process B

using System;
using System.IO;
using System.IO.MemoryMappedFiles;
using System.Threading;

class Program
{
    // Process B:
    static void Main(string[] args)
    {
        try
        {
            using (MemoryMappedFile mmf = MemoryMappedFile.OpenExisting("testmap"))
            {

                Mutex mutex = Mutex.OpenExisting("testmapmutex");
                mutex.WaitOne();

                using (MemoryMappedViewStream stream = mmf.CreateViewStream(1, 0))
                {
                    BinaryWriter writer = new BinaryWriter(stream);
                    writer.Write(0);
                }
                mutex.ReleaseMutex();
            }
        }
        catch (FileNotFoundException)
        {
            Console.WriteLine("Memory-mapped file does not exist. Run Process A first.");
        }
    }
}

Imports System.IO
Imports System.IO.MemoryMappedFiles
Imports System.Threading

Module Module1
    ' Process B:
    Sub Main()
        Try
            Using mmf As MemoryMappedFile = MemoryMappedFile.OpenExisting("testmap")
                Dim mTex As Mutex = Mutex.OpenExisting("testmapmutex")
                mTex.WaitOne()
                Using Stream As MemoryMappedViewStream = mmf.CreateViewStream(1, 0)
                    Dim writer As BinaryWriter = New BinaryWriter(Stream)
                    writer.Write(0)
                End Using
                mTex.ReleaseMutex()
            End Using
        Catch noFile As FileNotFoundException
            Console.WriteLine("Memory-mapped file does not exist. Run Process A first." & vbCrLf & noFile.Message)
        End Try

    End Sub

End Module

Process C

using System;
using System.IO;
using System.IO.MemoryMappedFiles;
using System.Threading;

class Program
{
    // Process C:
    static void Main(string[] args)
    {
        try
        {
            using (MemoryMappedFile mmf = MemoryMappedFile.OpenExisting("testmap"))
            {

                Mutex mutex = Mutex.OpenExisting("testmapmutex");
                mutex.WaitOne();

                using (MemoryMappedViewStream stream = mmf.CreateViewStream(2, 0))
                {
                    BinaryWriter writer = new BinaryWriter(stream);
                    writer.Write(1);
                }
                mutex.ReleaseMutex();
            }
        }
        catch (FileNotFoundException)
        {
            Console.WriteLine("Memory-mapped file does not exist. Run Process A first, then B.");
        }
    }
}

Imports System.IO
Imports System.IO.MemoryMappedFiles
Imports System.Threading

Module Module1
    ' Process C:
    Sub Main()
        Try
            Using mmf As MemoryMappedFile = MemoryMappedFile.OpenExisting("testmap")
                Dim mTex As Mutex = Mutex.OpenExisting("testmapmutex")
                mTex.WaitOne()
                Using Stream As MemoryMappedViewStream = mmf.CreateViewStream(2, 0)
                    Dim writer As BinaryWriter = New BinaryWriter(Stream)
                    writer.Write(1)
                End Using
                mTex.ReleaseMutex()
            End Using
        Catch noFile As FileNotFoundException
            Console.WriteLine("Memory-mapped file does not exist. Run Process A first, then B." & vbCrLf & noFile.Message)
        End Try

    End Sub

End Module

См. также

• Файловый и потоковый ввод-вывод