Mapování souborů do paměti

Z Multimediaexpo.cz

Nemáte oprávnění „upravit tuto stránku“. Důvod:

Můžete si prohlédnout a zkopírovat zdrojový kód této stránky:

'''Mapování souborů do paměti''' je v [[Informatika|informatice]] označení pro alternativní přístup k [[Data|datům]] v [[soubor]]u, ke kterým je přistupováno tak, jako by soubor byl součástí paměti (místo používání klasického [[API]] s [[Funkce (programování)|funkcemi]] [[open (systémové volání)|open]], read, write, close a dalších, které pracují se [[Souborový deskriptor|souborovým deskriptorem]]). Mapování souborů do paměti využívá v [[Kernel|jádře]] již existující mechanismus [[Virtuální paměť|virtuální paměti]] za využití [[stránkování paměti]] a mechanismu [[Výpadek stránky|výpadku stránky]]. == Popis == Mapování souborů do paměti využívá přidružení ([[Korelace|korelaci]]) [[Virtuální paměť|virtuální paměti]] se [[soubor]]em, který je uložen na [[Pevný disk|pevném disku]]. V [[UN*X|unixových systémech]], kde je téměř vše soubor, je možné mapovat do paměti všechna vstupně-výstupní zařízení, se kterými je možné pracovat pomocí [[Souborový deskriptor|souborového deskriptoru]]. Čtení a zápis do souboru se pak děje klasickými [[Strojová instrukce|strojovými instrukcemi]] pro čtení a zápis do paměti. O kopírování obsahu souboru do paměti se stará mechanismus [[Výpadek stránky|výpadku stránky]], který je v jádře vysoce optimalizován, a tak je zejména opakované čtení částí namapovaného souboru vysoce efektivní. == Výhody == Hlavní výhodou mapování souborů do paměti je zvýšení I/O výkonu, zejména pokud je použito na velké soubory. Mapování malých souborů může vést k plýtvání místem,<ref>http://www.devshed.com/c/a/BrainDump/Using-mmap-for-Advanced-File-IO/</ref> protože paměťové mapy jsou vždy uspořádány podle velikosti stránky, která je většinou 4&nbsp;[[Byte|KiB]]. Proto by bylo souboru o velikosti 5&nbsp;KiB přiděleno 8&nbsp;KiB, tím pádem by byly 3&nbsp;KiB nevyužity. Přístup k mapovaným souborům je rychlejší než za pomoci klasických systémových volání čtení a zápisu ze dvou důvodů: # systémové volání je řádově pomalejší než jednoduchá změna tabulky stránek # ve většině operačních systémů je oblast se soubory mapovanými do paměti zároveň i [[cache]] pro disk, takže do uživatelského prostoru nemusí být nic kopírováno Některé mapované soubory provádí operace lépe než jejich fyzické protějšky. Aplikace mohou přistupovat k souboru a aktualizovat jeho data přímo a na místě, místo toho aby hledaly od začátku souboru nebo jej celý přepisovaly na dočasné umístění. Jelikož je mapování souborů řešeno interně ve stránkách, lineární přístup k souboru (jako je například vidět u „[[flat file]]“ při ukládání dat nebo u konfiguračních souborů) vyžaduje přístup k disku pouze tehdy, když je překročena hranice nové stránky a může zapisovat větší části souborů na disk v jediné operaci. Jednou z možných výhod mapování souborů je „líné načítání“, tedy použití malé paměti RAM i pro velmi velký soubor. Načítáním celého obsahu souboru, výrazně většího než je velikost dostupné paměti, může dojít k vážnému zahlcení: tzn. že operační systém načte stánky z disku do paměti a zároveň stránky z paměti načte zpátky na disk. Mapování souborů může nejen zcela obejít [[stránkování paměti]], ale systém potřebuje pouze načíst menší části stránek roztříděných do sekcí jako upravená data, podobně jako [[Stránkování paměti]] používané v programech. Proces mapování souborů do paměti je ovládán [[Správa paměti|správcem virtuální paměti]], což je stejný subsystém který je odpovědný za komunikaci se [[stránkováním paměti]]. Mapované soubory jsou do paměti načteny najednou a vcelku z jediné [[Stránka (počítačová paměť)|stránky]]. Velikost stránky je vybrána podle operačního systému pro maximální výkon. Vzhledem k tomu, že stránka pro správu souborů je jedním z nejdůležitějších prvků virtuální paměti systému, je načítání stránky velkých částí souboru do fyzické paměti obvykle vysoce optimalizovanou funkcí systému.<ref>http://msdn2.microsoft.com/en-us/library/ms810613.aspx, "Co mohou mapované soubory nabídnout?".</ref> == Nevýhody == Hlavní výhodou mapování I/O souborů do paměti je výkon, ale existuje i pár vyjímek. Standardní I/O přístup je náročný vzhledem k režii systémových volání a paměti kopírování. Přístup k paměťovému mapování má své nedostatky v podobě drobných [[Chyby stránek|chyb stránek]] &ndash; mohou nastat když je blok dat načten v [[Stránková cache|cache stánky]], ale ještě není mapován do prostoru virtuální paměti. V některých případech může být mapování I/O souborů do paměti podstatně pomalejší než standardní I/O soubor který není mapován.<ref>http://lists.freebsd.org/pipermail/freebsd-questions/2004-June/050371.html, čtení versus mmap (nebo I/O versus chyby stránek) by [[Matthew Dillon (computer scientist) | Matthew Dillon]]</ref> Další nevýhoda paměťového mapování souvisí s danou architekturou [[Adresa (programování)|adresního prostoru]]: soubor větší než je adresní prostor může obsahovat pouze části mapované najednou. Například [[32bitový|32bitová]] architektura jako je [[IA-32]] od Intelu může přímo adresovat pouze 4&nbsp;[[Gibibyte|GiB]] nebo menší soubory. Této nevýhodě se dá předejít použitím [[IOMMU]]. == Použití == Snad nejčastěji se mapování souborů do paměti používá ve většině moderních operačních systémů (včetně [[Microsoft Windows]] a [[UN*X|Unixových]] systémů) k zavádění programů. Po spuštění procesu používá operační systém mapované soubory k přenášení spustitelných souborů společně s načítanými moduly do paměti za účelem zpracování nebo spuštění. Většina systémů s paměťovým mapováním používá techniku zvanou požadavek stránkování, kde je soubor načten do fyzické paměti v podmnožinách a jen v případě že je na stránku odkazováno.<ref>http://www.linux-tutorial.info/modules.php?name=Tutorial&pageid=89, "Stránkování"</ref> V konkrétním případě spustitelných souborů umožňuje OS selektivně načíst jen ty části které potřebuje proces spustit. Paměťově mapované soubory se dále používají ke sdílení paměti mezi více procesy. [[Chráněný režim]] v moderních operačních systémech zpravidla nedovoluje procesům přístup k paměťovému prostoru který je přidělen jinému procesu (programový přístup způsobí neplatnost stránky nebo [[Chyba segmentace|porušení segmentace]]). Je zde celá řada dostupných technik umožňující bezpečné sdílení paměti a paměťové mapování I/O souborů je jedním z nejoblíbenějších. Dvě nebo více aplikací může současně mapovat jeden fyzický soubor do paměti a přistupovat do této paměti. Například operační systém Microsoft Windows poskytuje aplikacím mechanismus k paměťovému mapování společných částí systémových stránkovacích souborů a sdílení dat. == Podpora různých platforem == Většina moderních OS nebo [[Běhové_prostředí|běhových prostředí]] podporuje některé formy přístupu k mapovaným souborům. Funkce <tt>[[mmap]]()</tt>,<ref>[http://www.ecst.csuchico.edu/~beej/guide/ipc/mmap.html Memory Mapped Files<!-- Bot generated title -->]</ref> která mapováním souboru vytváří deskriptor daného souboru, který obsahuje umístění v souboru, délku, která je součástí POSIX specifikace i kompatibilitu s [[POSIX]] systémy (například [[UNIX]], [[Linux]], [[Mac OS X]],<ref>[http://www.apple.com/macosx/technology/unix.html Apple - Mac OS X Leopard - Technology - UNIX<!-- Bot generated title -->]</ref> nebo [[OpenVMS]]) které podporují společný mechanismus pro paměťově mapované soubory. Operační systém Microsoft Windows podporuje pro tento účel skupinu [[API]] funkcí, jako je <tt>CreateFileMapping()</tt>.<ref>[http://msdn2.microsoft.com/en-us/library/aa366537.aspx CreateFileMapping Function (Windows)<!-- Bot generated title -->]</ref> [[Java (programovací_jazyk)|Programovací jazyk Java]] poskytuje třídy a metody pro přístup k souborům mapovaným do paměti jako je '''[[FileChannel]]'''. [[D_(programovací_jazyk)|Programovací jazyk D]] podporuje soubory mapované do paměti ve standardní knihovně (std.mmfile modul).<ref>http://www.digitalmars.com/d/2.0/phobos/std_mmfile.html</ref> Od verze 1.6 je v [[Python|Pythonu]] součástí standardní knihovny modul <tt>'''mmap'''</tt>.<ref name="py-1.6-release-notes">{{cite web|title="New Modules in 1.6"|url=http://www.python.org/download/releases/1.6.1/#new-modules-in-1-6|accessdate=23 December 2008|archiveurl=http://web.archive.org/web/20061230034955/http://www.python.org/download/releases/1.6.1/#new-modules-in-1-6|archivedate=30 December 2006}}</ref> Podrobnosti modulu se liší podle toho zda je na platformě [[Windows]] nebo [[Unix]]. V [[Perl|Perlu]] je několik modulů dostupných pro soubory mapované do paměti pro [[CPAN]] jako například <tt>'''Sys::Mmap'''</tt> <ref name="sys-mmap-cpan-module">{{cite web|title=Sys::Mmap Perl Module|url=http://search.cpan.org/perldoc?Sys::Mmap}}</ref> a <tt>'''File::Map'''</tt>.<ref name="file-map-cpan-module">{{cite web|title=File::Map Perl Module|url=http://search.cpan.org/perldoc?File::Map}}</ref> Microsoft .NET poskytuje řízený přístup k paměťově mapovaným souborům ve verzi 4. Pro předchozí verze jsou k dispozici knihovny třetích stran.<ref>[http://winterdom.com/dev/net DotNet<!-- Bot generated title -->]</ref> == Reference == <references /> {{Článek z Wikipedie}} [[Kategorie:Správa paměti]]

Návrat na stránku „Mapování souborů do paměti“.