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In den Speicher abgebildete Dateien

(Memory mapped Files)

Grundidee

In einem virtuellem Speicher werden Seiten vom relativ teueren Hauptspeicher/RAM auf den im billigen Hintergrundspeicher Festplatte befindlichen Swap-Bereich transferiert, falls eine Seite in nächster Zeit entbehrlich ist,
und falls auf eine Seite zugeriffen wird, wird ist auf umgekehrten Weg wieder eingelagert.

Mit dem klassischen Datei API werden mit read(2) und write(2) Inhalte in bzw. aus den Hauptspeicher transferiert. Wenn nun der angegebene Puffer ausgelagert wird, so befindet sich der Dateiinhalt zwei mal auf der Platte...

Daher ist die Idee naheliegend, zusätzlich zu den Swap-bereich Dateien in den Hauptspeicher abzubilden, so daß die Seiten gleich in die Datei transferiert werden.

Vorteil

Ein Programm braucht beim schreiben einer Datei keine Systemcalls mehr, da der Kern und ein Anwendungsprogramm die Seiten gemeinsam nutzen.
Damit entfällt der Systemcall overhead.

API

mmap(2)

Einblenden einer Datei oder eines Teil davon in den Adressraum eines Prozesses

munmap(2)

Entfernt die Einblendung

msync(2)

Erzwingt das schreiben in den Hintergrundspeicher
Recherche im Linux-Kern dazu

mlock(2)

Verhindert die Transferierung in den Hintergrundspeicher

Anwendung:

Echtzeitverarbeitung
Konsitenzerhaltung von Informationen

munlock(2),munlockall(2)

hebt obiges auf

mprotect(2)

Setzt die Zugriffsrechte eines Speicherbereiches (z.B. auf nur lesend)
Man kann damit dann Speicherseiten schützen, und bei Schreibzugriff mittels Signalhandler aktionen ausführen. Beispiel mprot demonstriert das.

Verwendung

Dieses API scheint bei den Programmierern nicht sehr bekannt zu sein
Nach [GrayReuter93] bevorzugen Transaktionssysteme die klassische API, da sie dann eine explizite Kontrolle über das Lesen- und schreiben hätten.
Allerdings scheinen mlock(2) und msync(2) dies in der gegenwart und Zukunft noch besser zu gewährleisten.
Ebenfalls nach [GrayReuter93] kennt die IBM AS400 nur so eine Schnittstelle.

Verwendungen im unserem Technologieportal:

Relative Zeiger in RAMS: Hier wird eine kleine Bibliothek zur Implementierung persistenter Objekte versucht.

Fragen zu Implementierungen

Muessen die unmap-Aufrufe den mmap-Aufrufen entsprechen ?
Kann man mit MAP_FIXED die Speichersegmente hinteranander aufrufen - Offensichtlich ja
... oder sollte man beim Vergößern ein neues mapping vornehmen ?
Wird dann nicht der Buffercache geräumt und das Laden neu erfolgen ?

Erfahrungen

mmap auf Datei der Länge 0 ist zwar möglich, beim Zugriff wird das SIGBUS-Signal ausgelöst (linux-2.4.8)