Разработка приложений в среде Linux. Второе издание

Новую память можно распределить отображением части /dev/zero, специального устройства, состоящего из нулей[85], или же через анонимное отображение. Средство Electric Fence, описанное в главе 7, использует этот механизм для распределения памяти.

Новую память, распределенную посредством карт памяти, можно сделать исполняемой, наполняя ее машинными командами, которые затем запускаются. Это свойство используется оперативными (just-in-time) компиляторами.

Файлы могут рассматриваться как память и читаться с использованием указателей, а не системных вызовов. Это существенно упрощает программы, избавляя от необходимости применения вызовов read(), write() и seek().

Отображение в памяти позволяет процессам совместно использовать области памяти, участвующие в создании и уничтожении процесса. Содержимое памяти хранится в отображаемом файле, делая его независимым от процессов.

13.2.1. Выравнивание по страницам

Системная память делится на порции под названием страницы. Размер страницы изменяется в зависимости от архитектуры, и на некоторых процессорах размер страницы может изменяться ядром. Функция getpagesize() возвращает размер (в байтах) каждой страницы системы.

#include

size_t getpagesize(void);

Для каждой страницы системы ядро сообщает оборудованию, каким образом каждый процесс может получить доступ к странице (например, записать, выполнить или не выполнять никаких действий). Когда процесс пытается получить доступ к странице способом, нарушающим ограничения ядра, это вызывает ошибку сегментации (SIGSEGV), которая обычно приводит к завершению процесса.

Адрес памяти должен быть выровнен по страницам, если это адрес начала страницы. Иначе говоря, адрес должен быть целым, кратным размеру страницы архитектуры. В системе со страницами в 4 Кбайт адреса 0, 4 096, 16 384 и 32 768 являются выровненными по страницам (конечно, это далеко не весь список), потому что первая, вторая, пятая и девятая страницы системы начинаются с указанных адресов.

13.2.2. Установка отображения в памяти

Новые карты памяти создаются с помощью системного вызова mmap().

#include

caddr_tmmap(caddr_t address, size_t length , int protection, int flags,

 int fd, off_t offset);

Параметр address указывает, где именно в памяти необходимо отображать данные. Обычно address — это NULL, который означает, что для процесса не имеет значения местонахождение новой карты, и позволяет ядру выбрать любой адрес. Если адрес указан, он должен быть выровнен по страницам и в данный момент не использоваться. Если запрашиваемая карта будет конфликтовать с другой картой или не будет выровнена по страницам, mmap() может дать сбой.

Второй параметр, length, сообщает ядру, какую часть файлов следует отображать в памяти. Можно успешно отобразить больше памяти, чем количество данных в наличии у файла, но попытка доступа к нему может привести к SIGSEGV[86].

Процесс проверяет, какие типы доступа разрешены новой области памяти. Это должно быть одно или несколько значений из табл. 13.2, объединенных с помощью битового "ИЛИ", либо PROT_NONE, если доступ к отображаемой области запрещен. Файл может отображаться только для типов доступа, которые также были запрошены при изначальном открытии файла. Например, файл, открытый как O_RDONLY, не может быть отображен для записи с помощью PROT_WRITE.

Таблица 13.2. Флаги защиты mmap()

Флаг	Описание
PROT_READ	Из отображаемой области можно читать.
PROT_WRITE	В отображаемую область можно записывать.
PROT_EXEC	Отображаемую область можно выполнять.

Принудительное применение определенной защиты ограничено аппаратной платформой, на которой работает программа. Во многих архитектурах не разрешено выполнение кода в области памяти, если из нее запрещено чтение. При таком оборудовании отображение области с помощью PROT_EXEC эквивалентно ее отображению с помощью PROT_EXEC | PROT_READ.

По этой причине на флаги защиты памяти, передаваемые в mmap(), следует полагаться лишь как на обеспечивающие минимальную защиту.

В flags определяются другие атрибуты отображаемой области. В табл. 13.3 описаны все флаги. Многие флаги, поддерживаемые Linux, нестандартны, но могут быть полезны при особых условиях. В табл. 13.3 приведены различия между стандартными флагами mmap() и дополнительными флагами Linux. Во всех вызовах mmap() должен быть специфицирован MAP_PRIVATE или MAP_SHARED; остальные флаги устанавливать необязательно.

Таблица 13.3. Флаги mmap()