操作系統(tǒng)很早就開(kāi)始使用內(nèi)存映射文件（Memory Mapped File）來(lái)作為進(jìn)程間的共享存儲(chǔ)區(qū)，這是一種非常高效的進(jìn)程通訊手段。Win32 API中也包含有創(chuàng)建內(nèi)存映射文件的函數(shù)，然而，這些函數(shù)都運(yùn)行于非托管環(huán)境下，在.NET中只能通過(guò)平臺(tái)調(diào)用機(jī)制來(lái)使用它們，用起來(lái)很不方便。幸運(yùn)的是，.NET 4.0新增加了一個(gè)System.IO. MemoryMappedFiles命名空間，其中添加了幾個(gè)類(lèi)和相應(yīng)的枚舉類(lèi)型，從而使我們可以很方便地創(chuàng)建內(nèi)存映射文件。

1 內(nèi)存映射文件原理

所謂內(nèi)存映射文件，其實(shí)就是在內(nèi)存中開(kāi)辟出一塊存放數(shù)據(jù)的專(zhuān)用區(qū)域，這區(qū)域往往與硬盤(pán)上特定的文件相對(duì)應(yīng)。進(jìn)程將這塊內(nèi)存區(qū)域映射到自己的地址空間中，訪問(wèn)它就象是訪問(wèn)普通的內(nèi)存一樣。

圖 1 .NET內(nèi)存映射文件原理圖

在.NET中，使用MemoryMappedFile對(duì)象表示一個(gè)內(nèi)存映射文件，通過(guò)它的CreateFromFile()方法根據(jù)磁盤(pán)現(xiàn)有文件創(chuàng)建內(nèi)存映射文件，調(diào)用這一方法需要提供一個(gè)與磁盤(pán)現(xiàn)有文件相對(duì)應(yīng)的FileStream對(duì)象。

以下示例代碼動(dòng)態(tài)創(chuàng)建一個(gè)MyFile.dat文件，然后將其映射到系統(tǒng)內(nèi)存中，設(shè)定容量為1M：

FileStream fs = new FileStream("MyFile.dat", FileMode.Create,  
FileAccess.ReadWrite);  
MemoryMappedFile memoryFile = MemoryMappedFile.CreateFromFile(fs, "MyFile", 1024*1024); 

注意用于創(chuàng)建內(nèi)存映射文件的文件流必須是可讀寫(xiě)的。

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關(guān)于內(nèi)存映射文件的容量

默認(rèn)情況下，在調(diào)用MemoryMappedFile.CreateFromFile()方法時(shí)如果不指定文件容量，那么，創(chuàng)建的內(nèi)存映射文件的容量等同于文件的大小。

在上面的示例代碼中，由于磁盤(pán)文件是臨時(shí)生成的，其長(zhǎng)度為0，所以，必須在創(chuàng)建內(nèi)存映射文件時(shí)同時(shí)指定其容量。

在設(shè)定內(nèi)存映射文件的容量時(shí)，其值不能小于磁盤(pán)文件的現(xiàn)有長(zhǎng)度，但可以比它大。但要注意這將導(dǎo)致一個(gè)戲劇化的結(jié)果：磁盤(pán)文件自動(dòng)增長(zhǎng)到聲明的容量大小！

可以多次調(diào)用MemoryMappedFile.CreateFromFile()，每次傳給它一個(gè)更大的容量數(shù)值以不斷擴(kuò)充磁盤(pán)文件的大小。

當(dāng)不再使用一個(gè)MemoryMappedFile對(duì)象時(shí)，注意應(yīng)該及時(shí)地調(diào)用其Dispose()方法釋放它所占有的系統(tǒng)資源。因?yàn)镸emoryMappedFile實(shí)際上對(duì)應(yīng)著運(yùn)行操作系統(tǒng)核心的核心對(duì)象，如果不及時(shí)關(guān)閉，會(huì)造成操作系統(tǒng)核心資源（比如句柄）的浪費(fèi)，要等到MemoryMappedFile對(duì)象被CLR垃圾回收，或者整個(gè)進(jìn)程中止時(shí)，這些資源才會(huì)被操作系統(tǒng)回收再利用。

另外，內(nèi)存映射文件的容量其實(shí)是指***允許分配給內(nèi)存映射文件的內(nèi)存存儲(chǔ)區(qū)字節(jié)數(shù)，并不意味著系統(tǒng)會(huì)馬上分配指定容量的內(nèi)存。進(jìn)程中訪問(wèn)這塊映射到磁盤(pán)文件中的存儲(chǔ)區(qū)時(shí)，操作系統(tǒng)如果發(fā)現(xiàn)其內(nèi)容還未裝入內(nèi)存，就會(huì)從磁盤(pán)文件中裝入相應(yīng)內(nèi)容到內(nèi)存中。因此，不用擔(dān)心聲明一個(gè)大的內(nèi)存映射文件容量會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存的浪費(fèi)。

當(dāng)MemoryMappedFile對(duì)象創(chuàng)建之后，我們并不能直接對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)，必須通過(guò)一個(gè)MemoryMappedViewAccessor對(duì)象來(lái)訪問(wèn)這個(gè)內(nèi)存映射文件。

MemoryMappedFile. CreateViewAccessor()方法可以創(chuàng)建MemoryMappedViewAccessor對(duì)象，而此對(duì)象提供了一系列讀寫(xiě)的方法，用于向內(nèi)存映射文件中讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

以下示例代碼創(chuàng)建了一個(gè)內(nèi)存映射文件訪問(wèn)對(duì)象并使用它寫(xiě)入數(shù)據(jù)：

FileStream fs =…;  //創(chuàng)建FileStream對(duì)象  
MemoryMappedFile memoryFile=…;  //創(chuàng)建內(nèi)存映射文件  
//創(chuàng)建內(nèi)存映射文件訪問(wèn)對(duì)象  
MemoryMappedViewAccessor accessor=  
memoryFile.CreateViewAccessor(0, 1024);  
for (int i = 0; i < 1024; i+=2)  
accessor.Write(i, ‘c’);  

上述代碼中要注意，在創(chuàng)建內(nèi)存映射文件訪問(wèn)對(duì)象需要指定它所能訪問(wèn)的內(nèi)存映射文件的內(nèi)容范圍，這個(gè)“范圍”稱(chēng)為“內(nèi)存映射視圖（Memory Mapped View）”。可以將它與“放大鏡”類(lèi)比，當(dāng)使用一個(gè)放大鏡閱讀書(shū)籍時(shí)，一次只能放大指定部分的文字。類(lèi)似地，我們只能在內(nèi)存映射視圖所規(guī)定的范圍內(nèi)存取內(nèi)存映射文件。

在上述代碼中，我們看到內(nèi)存映射視圖對(duì)象accessor只提取了內(nèi)存映射文件開(kāi)頭1024個(gè)字節(jié)的內(nèi)容，然后，向其中寫(xiě)入了512個(gè)“c”字符。

當(dāng)調(diào)用內(nèi)存映射視圖對(duì)象的Write()方法時(shí)，需要指明從哪個(gè)位置（即方法的***個(gè)參數(shù)）開(kāi)始寫(xiě)入數(shù)據(jù)，并且需要計(jì)算清楚要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)占幾個(gè)字節(jié)，這樣，當(dāng)寫(xiě)入下一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，就知道應(yīng)該從哪個(gè)位置開(kāi)始。

注意，Write()方法中的位置是相對(duì)視圖對(duì)象而非內(nèi)存映射文件本身，因此，此位置數(shù)值再加上視圖距內(nèi)存映射文件開(kāi)頭的位置數(shù)據(jù)才是寫(xiě)入的數(shù)據(jù)在文件中的真實(shí)位置。

Write()方法有多個(gè)重載形式，可以向內(nèi)存映射文件中寫(xiě)入多種類(lèi)型的數(shù)據(jù)，但要注意計(jì)算清楚其寫(xiě)入的位置，避免造成數(shù)據(jù)覆蓋問(wèn)題。

類(lèi)似地，內(nèi)存映射視圖對(duì)象提供了多個(gè)重載的Read()方法，可以從內(nèi)存映射文件中讀取數(shù)據(jù)。

比較有趣的是，在同一個(gè)進(jìn)程中可以針對(duì)同一個(gè)內(nèi)存映射文件創(chuàng)建多個(gè)視圖對(duì)象，從而允許我們同時(shí)修改同一個(gè)文件的不同部分，在關(guān)閉視圖對(duì)象時(shí)由操作系統(tǒng)保證將所有修改都寫(xiě)回到原始文件中。

下面我們來(lái)看一個(gè)示例。

2 在同一進(jìn)程內(nèi)同時(shí)讀寫(xiě)同一內(nèi)存映射文件

示例項(xiàng)目UseMMFInProcess運(yùn)行時(shí)會(huì)在程序的當(dāng)前目錄下創(chuàng)建一個(gè)“MyFile.dat”文件，然后，創(chuàng)建了兩個(gè)內(nèi)存映射視圖對(duì)象，分別向文件的前半部分和后半部分寫(xiě)入不同的數(shù)據(jù)，然后再?gòu)闹凶x出來(lái)（圖 2）。

圖 2 .NET內(nèi)存映射文件示例項(xiàng)目UseMMFInProcess

這個(gè)示例展示的技術(shù)很基礎(chǔ)，請(qǐng)讀者自行查看源碼。

3 使用內(nèi)存映射文件在進(jìn)程間傳送值類(lèi)型數(shù)據(jù)

在前面的例子中，內(nèi)存映射文件直接與某個(gè)特定的磁盤(pán)文件相對(duì)應(yīng)，事實(shí)上，我們也可以不用創(chuàng)建磁盤(pán)文件而直接使用Windows的分頁(yè)文件。這種方式是實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間互傳數(shù)據(jù)的典型方式。

調(diào)用MemoryMappedFile.CreateNew()或MemoryMappedFile.CreateOrOpen()方法可以在系統(tǒng)內(nèi)存（System Memory）中直接創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存映射文件，這個(gè)內(nèi)存映射文件所對(duì)應(yīng)的“物理文件”是Windows的系統(tǒng)分頁(yè)文件。兩個(gè)方法都需要給映射文件指定一個(gè)唯一的名稱(chēng)。不同之處在于CreateOrOpen ()方法在指定名稱(chēng)的映射文件存在時(shí)就直接將其返回給進(jìn)程，而CreateNew()方法始終是新創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存映射文件。

擴(kuò)充閱讀：

Windows的系統(tǒng)分頁(yè)文件和休眠文件

默認(rèn)情況下，在安裝Windows的分區(qū)根目錄下，會(huì)找到兩個(gè)具有“隱藏”屬性的pagefile.sys和hiberfil.sys文件，前者（pagefile.sys）就是Windows的分頁(yè)文件，用于保存從物理內(nèi)存中換出的內(nèi)存頁(yè)，我們可以用它的一部分來(lái)創(chuàng)建內(nèi)存映射文件。后者（hiberfil.sys）則是“系統(tǒng)休眠”文件，當(dāng)Windows啟用了休眠功能時(shí)，就會(huì)在硬盤(pán)上找到這個(gè)文件，它的內(nèi)容是系統(tǒng)休眠時(shí)物理內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，當(dāng)計(jì)算機(jī)從休眠中“醒”過(guò)來(lái)時(shí)，通過(guò)從此文件中加載信息以恢復(fù)上次工作的狀態(tài)。

內(nèi)存映射文件創(chuàng)建好以后，可以如同前面介紹的方法一樣創(chuàng)建視圖對(duì)象，然后使用Read和Write系列方法存取。

只要指定同一個(gè)名字，那么，多個(gè)進(jìn)程就可以使用同一個(gè)內(nèi)存映射文件交換數(shù)據(jù)。示例UseMMFBetweenProcess展示了在兩個(gè)進(jìn)程間相互交換一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的情況：

圖 3 .NET內(nèi)存映射文件示例項(xiàng)目UseMMFBetweenProcess

兩個(gè)進(jìn)程要交換的數(shù)據(jù)格式如下：

public struct MyStructure  
{  
 public int IntValue  
 {  get;  set;   }  
 public float FloatValue  
 {  get;  set;   }  
}  

啟動(dòng)UseMMFBetweenProcess程序的兩個(gè)實(shí)例，在其中一個(gè)窗體上輸入兩個(gè)數(shù)字之后，點(diǎn)擊“保存”按鈕，然后在另一個(gè)進(jìn)程的窗體上點(diǎn)擊“提取”，可以看到另一個(gè)進(jìn)程寫(xiě)入的信息出現(xiàn)在本進(jìn)程的文本框中。

示例程序采用MemoryMappedFile.CreateOrOpen()方法創(chuàng)建或打開(kāi)一個(gè)內(nèi)存映射文件，然后調(diào)用MemoryMappedViewAccessor類(lèi)的泛型方法Write<T>()和Read<T>()向內(nèi)存映射文件中寫(xiě)入和讀取數(shù)據(jù)。

注意，泛型方法Write<T>()和Read<T>()中的泛型參數(shù)T必須是值類(lèi)型（比如整型int和結(jié)構(gòu)體struct），特別地，對(duì)于用戶(hù)自定義的結(jié)構(gòu)體，要求其成員也必須是值類(lèi)型。

例如，以下結(jié)構(gòu)體將無(wú)法寫(xiě)入到內(nèi)存映射文件中，因?yàn)槠涑蓡TInfo是string類(lèi)型的，這是一個(gè)引用類(lèi)型。

public struct ErrorStruct  
{  
 public string Info;  
} 

之所以要求泛型參數(shù)不能是引用類(lèi)型，其道理非常簡(jiǎn)單，如果結(jié)構(gòu)體中的某個(gè)成員是引用類(lèi)型，那么在程序運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)無(wú)法知道應(yīng)該向內(nèi)存映射文件中寫(xiě)入多少個(gè)字節(jié)，因?yàn)橐妙?lèi)型的變量所引用的對(duì)象位于托管堆中，其占用存儲(chǔ)空間的大小不經(jīng)過(guò)計(jì)算是難以確定的，而完成這個(gè)計(jì)算工作將花費(fèi)不少的系統(tǒng)資源（想想一個(gè)對(duì)象可能又會(huì)引用到另一個(gè)對(duì)象就明白了），這會(huì)嚴(yán)重影響內(nèi)存映射文件讀寫(xiě)操作效率。

兩個(gè)進(jìn)程不能交換引用類(lèi)型的數(shù)據(jù)，這個(gè)限制似乎還不小，但事實(shí)上，我們完成可以通過(guò)對(duì)象序列化技術(shù)來(lái)突破這個(gè)限制，在兩個(gè)進(jìn)程間交換任意大小的對(duì)象（只要內(nèi)存映射文件有足夠的容量）。請(qǐng)看下一小節(jié)的示例UseMMFBetweenProcess2。

4 利用序列化技術(shù)通過(guò)內(nèi)存映射文件實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通訊

圖4  .NET內(nèi)存映射文件示例：UseMMFBetweenProcess2

如圖 4所示，運(yùn)行示例程序的多個(gè)實(shí)例，加載圖片并輸入圖片說(shuō)明，點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕后，可以在多個(gè)進(jìn)程間直接交換以下格式的信息：

[Serializable]  
class MyPic  
{  
 public Image pic;//圖片  
 public string picInfo;  //圖片信息說(shuō)明  
} 

請(qǐng)注意這是一個(gè)引用類(lèi)型的數(shù)據(jù)對(duì)象，并且它附加了可序列化“[Serializable]”的代碼屬性。

如果要向內(nèi)存映射文件中序列化對(duì)象，必須將內(nèi)存映射文件轉(zhuǎn)換為可順序讀取的流。幸運(yùn)的是，MemoryMappedFile類(lèi)的CreateViewStream()方法可以創(chuàng)建一個(gè)MemoryMappedViewStream對(duì)象，通過(guò)它即可序列化對(duì)象，其代碼框架如下：

//創(chuàng)建或打開(kāi)內(nèi)存映射文件  
MemoryMappedFile memoryFile = MemoryMappedFile.CreateOrOpen(...);  
//創(chuàng)建內(nèi)存映射流  
MemoryMappedViewStream stream = memoryFile.CreateViewStream();  
//創(chuàng)建要在進(jìn)程間交換的信息對(duì)象  
MyPic obj =...;  
//向內(nèi)存映射流中序列化對(duì)象  
IFormatter formatter = new BinaryFormatter();  
stream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);  
formatter.Serialize(stream, obj); 

本文來(lái)自bitfan（數(shù)字世界一凡人）的專(zhuān)欄：《.NET 4.0中使用內(nèi)存映射文件實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通訊》。

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