Механизм отображения файлов на память
В операционные системы Microsoft Windows встроен эффективный механизм виртуальной памяти. При использовании этого механизма приложениям доступно больше виртуальной оперативной памяти, чем объем физической оперативной памяти, установленной в компьютере.
Виртуальная память реализована с использованием обычной оперативной памяти и дисковой памяти. Когда приложение обращается к странице виртуальной памяти, отсутствующей в физической памяти, операционная система автоматически читает ее из файла виртуальной памяти в физическую память и предоставляет приложению. Если же приложение изменяет содержимое страницы памяти в физической оперативной памяти, операционная система сохраняет такую страницу в файле виртуальной памяти.
Механизм работы с файлами, отображаемыми на память, напоминает механизм работы виртуальной памяти.
В операционных системах Microsoft Windows каждому процессу выделяется 2 Гбайта адресного пространства. Любой фрагмент этого пространства может быть отображен на фрагмент файла соответствующего размера.
На рис. 3.1 показано отображение фрагмента адресного пространства приложения, размером в 1 Гбайт, на фрагмент файла, имеющего размер 5 Гбайт.
Рис. 3.1. Отображение фрагмента адресного пространства приложения на файл
С помощью соответствующей функции программного интерфейса, которая рассматривается далее, приложение Microsoft Windows может выбрать любой фрагмент большого файла для отображения в адресное пространство. Поэтому, несмотря на ограничение адресного пространства величиной 2 Гбайт, вы можете отображать (по частям) в это пространство файлы любой длины, возможной в Microsoft Windows NT. В простейшем случае при работе с относительно небольшими файлами вы можете выбрать в адресном пространстве фрагмент подходящего размера и отобразить его на начало файла.
Если установлено отображение фрагмента адресного пространства на фрагмент файла, то операционная система обеспечивает тождественность содержимого отображаемого фрагмента памяти и фрагмента файла, выполняя при необходимости операции чтения и записи в файл (с буферизацией и кешированием).
В процессе отображения адресного пространства память не выделяется, а только резервируется. Поэтому отображение фрагмента размером 1 Гбайт не вызовет переполнение файлов виртуальной памяти. Более того, при отображении файлы виртуальной памяти вообще не используются, так как страницы фрагмента связываются с отображаемым файлом.
Если приложение обращается в отображенный фрагмент для чтения, возникает исключение. Обработчик этого исключения загружает в физическую оперативную память соответствующую страницу из отображенного файла, а затем возобновляет выполнение прерванной команды. В результате в физическую оперативную память загружаются только те страницы, которые нужны приложению.
При записи происходит аналогичный процесс. Если нужной страницы нет в памяти, она подгружается из отображенного файла, затем в нее выполняется запись. Загруженная страница остается в памяти до тех пор, пока не будет вытеснена другой страницей при нехватке физической оперативной памяти. Что же касается записи измененной страницы в файл, то эта запись будет выполнена при закрытии файла, по явному запросу приложения или при выгрузке страницы из физической памяти для загрузки в нее другой страницы.