Memory Mapped File的WIKI
所謂的memory-mapped file可視為一種虛擬記憶體 (Virtual Memory)的區段 (Segment) 映射，通常都是映射至硬碟或是SSD的非揮發性的記憶裝置上。一但映射好了之後, 就可以如同一般記憶體般地來使用。
好處在於使用這種技術可以提高I/O的效率尤其是對於比較大的檔案，至於對於小檔案來說可能就不是那麼地適合。為啥? 因為作業系統的paging size大約是4 K bytes, 如果我們只映射了5 K bytes的話¸ 那麼就有3 K bytes的paging的空間是浪費了。另外一個好處就是對於一個Size很大的檔案 (比記憶體大), 我們可以使用一小塊記憶體就可以把它映射進來處理。
當然這世上是沒有白吃的午餐的, 使用memory-mapped file有可能會因為page fault (當一段資料被載入到page cache中但是映射到virtual memory的過程還沒完成)而導致速度比正常I/O還差 (還好這種機率不高---擦汗!!!!)
另外要小心的是, 在32位元的作業系統中也不適合使用, 因為32位元的記憶體定址空間有限(大約是4GiB)。
範例程式
以下我將使用兩支Java 的程式來示範如何用memory mapped file來共享資料 (IPC – Inter Process Communication)。一支程式專門用來生產message物件 (producer)及別外一支程式用來消費message物件(consumer), 因為是範例啦, 所以我沒有作太多例外的處理, 理論上兩支程式是可以是時運行的喔!!
IMemoryRepository.java
package ew.blog.memmapipc;
/**
* 這個interface定義了一個簡單的基於記憶體的訊息存取的方法。
* 為了便利演繹出blog文章的主軸,在訊息(message)的結構上是固定為:
* 1.Int - 4 bytes
* 2.Long - 8 bytes
* 3.Byte - 1 bytes
*
* 要存放一個message時要先哷叫navigate(index)方法來移動指標到對應的位址，
* 然後呼叫setInt, setLong及setByte來存放訊息資料。若要取回訊息資料時,
* 也是要先哷叫navigate(index)方法來移動指標到對應的位址, 然後再使用
* getInt, getLong及getByte方法來取回資料
*
* @author ErhWen,Kuo (erhwenkuo@gmail.com)
*
*/
public interface IMemoryRepository {
void navigate(int index);
void setInt(int value);
void setLong(long value);
void setByte(byte value);
int getInt();
long getLong();
byte getByte();
}
MappedByteBufferRepository.java
package ew.blog.memmapipc;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.ByteOrder;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.FileChannel.MapMode;
public class MappedByteBufferRepository implements IMemoryRepository{
// 由於ByteBuffer是一個連續的Memroy區塊, 所以必須要先定義
// 儲放的順序與大小以便存取
// 在本範例中, StoreValue有:
// 1: intValue (int: 4 bytes)
// 2: longValue (long: 8 bytes)
// 3: byteValue (byte: 1 bytes)
// 我們會依序來儲放StoreValue的properties
private final static int intValue_Offset = 0;
private final static int longValue_Offset = 4;
private final static int byteValue_Offset = 12;
// 在本範例message物件的長度(int:4 + long:8 + byte:1 = 13)
private final static int storageValue_Size = 13;
private ByteBuffer objectStore;
//用來作為定位每個一物件在memory中的位置(position)
private int pos;
public MappedByteBufferRepository(File memMappedFile, int capacity){
RandomAccessFile raf = null;
FileChannel fc = null;
try {
raf = new RandomAccessFile(memMappedFile, "rw");
fc = raf.getChannel();
objectStore =
fc.map(MapMode.READ_WRITE, 0, capacity * storageValue_Size);
objectStore.order(ByteOrder.nativeOrder());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally{
//把FileChannel與RandomAccessFile物件給Close起來
try{
fc.close();
raf.close();
} catch (IOException e) {}
}
}
public void navigate(int index) {
pos = index * storageValue_Size;
}
public void setInt(int value) {
objectStore.putInt(pos + intValue_Offset, value);
}
public void setLong(long value) {
objectStore.putLong(pos + longValue_Offset, value);
}
public void setByte(byte value) {
objectStore.put(pos + byteValue_Offset, value);
}
public int getInt() {
return objectStore.getInt(pos + intValue_Offset);
}
public long getLong() {
return objectStore.getLong(pos + longValue_Offset);
}
public byte getByte() {
return objectStore.get(pos + byteValue_Offset);
}
}
MemMappedMsgWriter.java
package ew.blog.memmapipc;
import java.io.File;
public class MemMappedMsgWriter {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 取得temp的目錄路徑
String tmpDir = System.getProperty("java.io.tmpdir");
// 為這個memory mapped的檔案給名
String memMappedFileName = tmpDir + "/memmappedfile.dat";
// 產生一個標準的Java File物件
File memMappedFile = new File(memMappedFileName);
// 預計產生一千萬個Message (每個Message長度是13 bytes)
int messageSize = 10000000;
// 初始一個Memory Mapped File的ByteBuffer來儲存資料
IMemoryRepository memStore =
new MappedByteBufferRepository(memMappedFile, messageSize);
long start = System.currentTimeMillis();
for(int i=0; i<messageSize; i++){
// 移動指標
memStore.navigate(i);
// 儲放資料
memStore.setInt(i);
memStore.setLong((long)i);
memStore.setByte((byte)i);
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(
String.format("Persist %s Messages, total spends %s ms",
messageSize, (end-start)));
}
}
MemMappedMsgReader.java
package ew.blog.memmapipc;
import java.io.File;
public class MemMappedMsgReader {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 取得temp的目錄路徑
String tmpDir = System.getProperty("java.io.tmpdir");
// 為這個memory mapped的檔案給名
String memMappedFileName = tmpDir + "/memmappedfile.dat";
// 產生一個標準的Java File物件
File memMappedFile = new File(memMappedFileName);
// 預計讀進一千萬個Messages (每個Message長度是13 bytes)
int messageSize = 10000000;
// 初始一個Memory Mapped File的ByteBuffer來讀取資料
IMemoryRepository memStore =
new MappedByteBufferRepository(memMappedFile, messageSize);
long start = System.currentTimeMillis();
for(int i=0; i<messageSize; i++){
// 移動指標
memStore.navigate(i);
// 讀取資 料
int messageIntData = memStore.getInt();
long messageLongData = memStore.getLong();
byte messageByteDataq = memStore.getByte();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(
String.format("Read %s Messages, total spends %s ms",
messageSize, (end-start)));
}
}
結論
Memory mapped file的技術對於開發IPC (Inter-Process Communication)相關的需求來說應該是一種很不錯的選項。而且讀寫的速度相對使用Socket的方法來說是有效率的多了。
範例的源碼在這裡
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