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温故之.NET进程间通信——内存映射文件

忘穿秋裤

骨灰级程序猿

 

上一篇技术文章中，我们讲解了进程间通信中的管道通信方式，这只是多种进程间通信方式中的一种，这篇文章我们回顾一下另一种进程间通信的方式——内存映射文件

基础概念

Windows 提供了 3 种进行内存管理的方法:

• 虚拟内存：适合用来管理大型对象或结构数组
• 内存映射文件：适合用来管理大型数据流（通常来自文件），也适合在单机上多个进程（运行着的进程）之间共享数据
• 内存堆栈：适合用来管理大量的小对象

内存映射文件在 Windows 中使用场景很多，进程间通信也只是其多个应用场景中的一个。它在操作大文件时非常高效，这种场景下也使用得非常广泛。比如数据库文件

借助文件和内存空间之间的这种映射，应用可以直接对内存执行读写操作，从而间接的修改文件。自 .NET Framework 4 起（在 System.IO.MemoryMappedFiles 命名空间下），我们便可以通过托管代码去访问内存映射文件

如果我们需要使用内存映射文件，则必须创建该内存映射文件的视图（该视图映射到文件的全部内存或一部分内存上）。我们也可以为内存映射文件的同一部分创建多个视图，从而创建并发内存。若要让两个视图一直处于并发状态，必须通过同一个内存映射文件创建它们。当文件大于可用于内存映射的应用逻辑内存空间（在 32 位计算机中为 2GB）时，也有必要使用多个视图

视图分为以下两种类型：流访问视图和随机访问视图

• 使用流访问视图，可以顺序访问文件。建议对非持久化文件和 IPC 使用这种类型（通过 MemoryMappedFile.CreateViewStream 创建此视图）
• 随机访问视图是处理持久化文件的首选类型（通过 MemoryMappedFile.CreateViewAccessor 创建此视图）

内存映射文件通过操作系统的内存管理程序进行访问，因此文件会被自动分区到很多页面，并根据需要进行访问（即自动的内存管理，不需要我们人为干预）

内存映射文件分为两种类型：持久化内存映射文件和非持久化内存映射文件，不同的类型应用于不同的场景

持久化内存映射文件

持久化文件是与磁盘上的源文件相关联的内存映射文件（即磁盘上需要有个文件才行）。当最后一个进程处理完文件时，数据保存到磁盘上的源文件中。此类内存映射文件适用于处理非常大的源文件，这种方式在很多数据库中都有使用

可使用 MemoryMappedFile.CreateFromFile 创建此类型的映射文件。要想访问此类型的映射文件，可通过 MemoryMappedFile.CreateViewAccessor 创建一个随机访问视图。这也是访问持久化内存映射文件推荐的方式

示例代码如下

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

namespace App {
    class Program {
        static void Main(string[] args) {
            long offset = 0x0000;
            long length = 0x2000;  // 8K

            string mapName = "Demos.MapFiles.TestInstance";
            int colorSize = Marshal.SizeOf(typeof(Color));
            long number = length / colorSize;
            Color color;

            // 从磁盘上现有文件，创建内存映射文件，第三个参数为这个内存映射文件的名称
            var firstMapFile = MemoryMappedFile.CreateFromFile(@"d:\test_data.data", FileMode.OpenOrCreate, mapName);
            // 创建一个随机访问视图
            using (var accessor = firstMapFile.CreateViewAccessor(offset, length)) {
                // 更改映射文件内容
                for (long i = 0; i < number; i += colorSize) {
                    accessor.Read(i, out color);
                    color.Add(new Color() { R = 10, G = 10, B = 10, A = 10 });
                    accessor.Write(i, ref color);
                }
            }

            // 打开已经存在的内存映射文件
            // 第一个参数为这个内存映射文件的名称
            // 【此处的代码可以放在另一个进程中】
            var secondMapFile = MemoryMappedFile.OpenExisting(mapName);
            using (var secondAccessor = secondMapFile.CreateViewAccessor(offset, length)) {
                // 读取映射文件内容
                for (long i = 0; i < number; i += colorSize) {
                    secondAccessor.Read(i, out color);
                    Console.WriteLine(color);
                }
            }

            Console.ReadLine();

            // 释放内存映射文件资源
            firstMapFile.Dispose();
            secondMapFile.Dispose();
        }
    }
    // 为了便于测试，创建一个简单的结构