我有一个包含一些数据的文件，该文件也是内存映射的。这样我就有文件描述符和指向映射页面的指针。大多数情况下，数据仅从映射中读取，但最终也会被修改。
修改包括修改文件中的一些数据(更新标头)，以及附加一些新数据(即在文件的当前末尾写入)。
此数据结构是从不同的线程访问的，为了防止冲突，我同步了对它的访问(互斥锁和友元)。
在修改过程中，我同时使用文件映射和文件描述符。标头通过修改映射内存隐式更新，而新数据由适当的 API 写入文件(在 Windows 上WriteFile，write在 posix 上)。值得注意的是，新数据和标题属于不同的页面。
由于修改会更改文件大小，因此在每次此类修改后都会重新初始化内存映射。也就是说，它是未映射的，然后再次映射(使用新大小)。
我意识到写入映射内存是"异步"wrt 文件系统，并且不能保证顺序，但我认为没有问题，因为我明确关闭了文件映射，这应该(恕我直言)充当一种刷新点。
现在这在 Windows 上没有问题，但在 linux(确切地说是 android)上，最终映射的数据暂时不一致(即重试时数据正常)。似乎它没有反映新附加的数据。
我是否必须调用一些同步 API 来确保数据正确刷新？如果是这样，我应该使用哪一个：sync、msync、syncfs或其他东西？
提前谢谢。
编辑：
这是一个伪代码，说明了我正在处理的场景。 (当然，真正的代码更复杂)
struct CompressedGrid
{
mutex m_Lock;
int m_FileHandle;
void* m_pMappedMemory;
Hdr* get_Hdr() { return /* the mapped memory with some offset*/; }
void SaveGridCell(int idx, const Cell& cCompressed)
{
AutoLock scope(m_Lock);
// Write to mapped memory
get_Hdr()->m_pCellOffset[Idx] = /* current end of file */;
// Append the data
lseek64(m_FileHandle, 0, FILE_END);
write(m_FileHandle, cCompressed.pPtr, cCompressed.nSize);
// re-map
munmap(...);
m_pMappedMemory = mmap(...); // specify the new file size of course
}
bool DecodeGridCell(int idx, Cell& cRaw)
{
AutoLock scope(m_Lock);
uint64_t nOffs = get_Hdr()->m_pCellOffset[Idx] = /* ;
if (!nOffs)
return false; // unavail
const uint8_t* p = m_pMappedMemory + nOffs;
cRaw.DecodeFrom(p); // This is where the problem appears!
return true;
}
使用addr = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_NORESERVE, fd, offset)映射文件。
如果文件大小发生更改，请使用newaddr = mremap(addr, len, newlen, MREMAP_MAYMOVE)更新映射以反映它。 若要扩展文件，请在重新映射文件之前使用ftruncate(fd, newlen)。
可以使用mprotect(addr, len, protflags)更改映射中任何页面上的保护(读/写)(两者必须在页面边界上对齐)。您还可以通过madvise()告诉内核您未来的访问，如果映射太大而无法立即放入内存，但即使没有这些，内核似乎也非常擅长管理预读等。
对映射进行更改时，请使用msync(partaddr, partlen, MS_SYNC | MS_INVALIDATE)或msync(partaddr, partlen, MS_ASYNC | MS_INVALIDATE)来确保从partaddr开始的 intpartlen个字符的更改对其他映射和文件读取器可见。如果使用MS_SYNC，则仅在更新完成后返回调用。MS_ASYNC调用告诉内核执行更新，但不会等到更新完成。如果没有文件的其他内存映射，则MS_INVALIDATE不执行任何操作;但如果有，它会告诉内核确保更改也反映在这些更改中。
在 2.6.19 以来的 Linux 内核中，MS_ASYNC什么都不做，因为内核无论如何都会正确跟踪更改(不需要msync()，除非可能在munmap()之前)。我不知道 Android 内核是否有改变这种行为的补丁;我怀疑不是。将它们保留在代码中仍然是一个好主意，以便跨 POSIXy 系统进行可移植性。
映射的数据暂时不一致
好吧，除非您确实使用msync(partaddr, partlen, MS_SYNC | MS_INVALIDATE)，内核将在它看到最好的时候进行更新。
因此，如果需要在继续之前对文件读取器可见一些更改，请在执行这些更新的过程中使用msync(areaptr, arealen, MS_SYNC | MS_INVALIDATE)。
如果您不关心确切的时刻，请使用msync(areaptr, arealen, MS_ASYNC | MS_INVALIDATE).在当前的 Linux 内核上，这将是一个无操作，但最好保留它们以实现可移植性(如果需要性能，可能会被注释掉)并提醒开发人员(缺乏)同步期望。
正如我对OP的评论，我根本无法观察到Linux上的同步问题。(这并不意味着它不会发生在Android上，因为Android内核是Linux内核的衍生产品，并不完全相同。
我确实相信自 2.6.19 以来，Linux 内核根本不需要msync()调用，只要映射使用MAP_SHARED | MAP_NORESERVE标志，并且不使用O_DIRECT标志打开底层文件。 这种信念的原因是，在这种情况下，映射和文件访问都应使用完全相同的页面缓存页。
这里有两个测试程序，可以用来在Linux上探索这个问题。首先，单过程测试，测试单.c：
#define _POSIX_C_SOURCE 200809L
#define _GNU_SOURCE
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/wait.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
static inline int read_from(const int fd, void *const to, const size_t len, const off_t offset)
{
char *p = (char *)to;
char *const q = (char *)to + len;
ssize_t n;
if (lseek(fd, offset, SEEK_SET) != offset)
return errno = EIO;
while (p < q) {
n = read(fd, p, (size_t)(q - p));
if (n > 0)
p += n;
else
if (n != -1)
return errno = EIO;
else
if (errno != EINTR)
return errno;
}
return 0;
}
static inline int write_to(const int fd, const void *const from, const size_t len, const off_t offset)
{
const char *const q = (const char *)from + len;
const char *p = (const char *)from;
ssize_t n;
if (lseek(fd, offset, SEEK_SET) != offset)
return errno = EIO;
while (p < q) {
n = write(fd, p, (size_t)(q - p));
if (n > 0)
p += n;
else
if (n != -1)
return errno = EIO;
else
if (errno != EINTR)
return errno;
}
return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
unsigned long tests, n, merrs = 0, werrs = 0;
size_t page;
long *map, data[2];
int fd;
char dummy;
if (argc != 3) {
fprintf(stderr, "n");
fprintf(stderr, "Usage: %s FILENAME COUNTn", argv[0]);
fprintf(stderr, "n");
fprintf(stderr, "This program will test synchronization between a memory mapn");
fprintf(stderr, "and reading/writing the underlying file, COUNT times.n");
fprintf(stderr, "n");
return EXIT_FAILURE;
}
if (sscanf(argv[2], " %lu %c", &tests, &dummy) != 1 || tests < 1) {
fprintf(stderr, "%s: Invalid number of tests to run.n", argv[2]);
return EXIT_FAILURE;
}
/* Create the file. */
page = sysconf(_SC_PAGESIZE);
fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0644);
if (fd == -1) {
fprintf(stderr, "%s: Cannot create file: %s.n", argv[1], strerror(errno));
return EXIT_FAILURE;
}
if (ftruncate(fd, page) == -1) {
fprintf(stderr, "%s: Cannot resize file: %s.n", argv[1], strerror(errno));
unlink(argv[1]);
return EXIT_FAILURE;
}
/* Map it. */
map = mmap(NULL, page, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_NORESERVE, fd, 0);
if (map == MAP_FAILED) {
fprintf(stderr, "%s: Cannot map file: %s.n", argv[1], strerror(errno));
unlink(argv[1]);
close(fd);
return EXIT_FAILURE;
}
/* Test loop. */
for (n = 0; n < tests; n++) {
/* Update map. */
map[0] = (long)(n + 1);
map[1] = (long)(~n);
/* msync(map, 2 * sizeof map[0], MAP_SYNC | MAP_INVALIDATE); */
/* Check the file contents. */
if (read_from(fd, data, sizeof data, 0)) {
fprintf(stderr, "read_from() failed: %s.n", strerror(errno));
munmap(map, page);
unlink(argv[1]);
close(fd);
return EXIT_FAILURE;
}
werrs += (data[0] != (long)(n + 1) || data[1] != (long)(~n));
/* Update data. */
data[0] = (long)(n * 386131);
data[1] = (long)(n * -257);
if (write_to(fd, data, sizeof data, 0)) {
fprintf(stderr, "write_to() failed: %s.n", strerror(errno));
munmap(map, page);
unlink(argv[1]);
close(fd);
return EXIT_FAILURE;
}
merrs += (map[0] != (long)(n * 386131) || map[1] != (long)(n * -257));
}
munmap(map, page);
unlink(argv[1]);
close(fd);
if (!werrs && !merrs)
printf("No errors detected.n");
else {
if (!werrs)
printf("Detected %lu times (%.3f%%) when file contents were incorrect.n",
werrs, 100.0 * (double)werrs / (double)tests);
if (!merrs)
printf("Detected %lu times (%.3f%%) when mapping was incorrect.n",
merrs, 100.0 * (double)merrs / (double)tests);
}
return EXIT_SUCCESS;
}
编译和运行，例如
gcc -Wall -O2 test-single -o single
./single temp 1000000
测试一百万次，当两次访问在同一进程中完成时，映射和文件内容是否保持同步。 请注意，msync()调用被注释掉了，因为在我的机器上不需要它：即使没有它，我也从未在测试期间看到任何错误/不同步。
我的机器上的测试速率约为每秒 550,000 次测试。请注意，每个测试都是双向的，因此包括读取和写入。我只是无法让它检测任何错误。它被写成对错误也非常敏感。
第二个测试程序使用两个子进程和一个POSIX实时信号来告诉另一个进程检查内容。test-multi.c：
#define _POSIX_C_SOURCE 200809L
#define _GNU_SOURCE
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/wait.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#define NOTIFY_SIGNAL (SIGRTMIN+0)
int mapper_process(const int fd, const size_t len)
{
long value = 1, count[2] = { 0, 0 };
long *data;
siginfo_t info;
sigset_t sigs;
int signum;
if (fd == -1) {
fprintf(stderr, "mapper_process(): Invalid file descriptor.n");
return EXIT_FAILURE;
}
data = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_NORESERVE, fd, 0);
if (data == MAP_FAILED) {
fprintf(stderr, "mapper_process(): Cannot map file.n");
return EXIT_FAILURE;
}
sigemptyset(&sigs);
sigaddset(&sigs, NOTIFY_SIGNAL);
sigaddset(&sigs, SIGINT);
sigaddset(&sigs, SIGHUP);
sigaddset(&sigs, SIGTERM);
while (1) {
/* Wait for the notification. */
signum = sigwaitinfo(&sigs, &info);
if (signum == -1) {
if (errno == EINTR)
continue;
fprintf(stderr, "mapper_process(): sigwaitinfo() failed: %s.n", strerror(errno));
munmap(data, len);
return EXIT_FAILURE;
}
if (signum != NOTIFY_SIGNAL)
break;
/* A notify signal was received. Check the write counter. */
count[ (data[0] == value) ]++;
/* Update. */
data[0] = value++;
data[1] = -(value++);
/* Synchronize */
/* msync(data, 2 * sizeof (data[0]), MS_SYNC | MS_INVALIDATE); */
/* And let the writer know. */
kill(info.si_pid, NOTIFY_SIGNAL);
}
/* Print statistics. */
printf("mapper_process(): %lu errors out of %lu cycles (%.3f%%)n",
count[0], count[0] + count[1], 100.0 * (double)count[0] / (double)(count[0] + count[1]));
fflush(stdout);
munmap(data, len);
return EXIT_SUCCESS;
}
static inline int read_from(const int fd, void *const to, const size_t len, const off_t offset)
{
char *p = (char *)to;
char *const q = (char *)to + len;
ssize_t n;
if (lseek(fd, offset, SEEK_SET) != offset)
return errno = EIO;
while (p < q) {
n = read(fd, p, (size_t)(q - p));
if (n > 0)
p += n;
else
if (n != -1)
return errno = EIO;
else
if (errno != EINTR)
return errno;
}
return 0;
}
static inline int write_to(const int fd, const void *const from, const size_t len, const off_t offset)
{
const char *const q = (const char *)from + len;
const char *p = (const char *)from;
ssize_t n;
if (lseek(fd, offset, SEEK_SET) != offset)
return errno = EIO;
while (p < q) {
n = write(fd, p, (size_t)(q - p));
if (n > 0)
p += n;
else
if (n != -1)
return errno = EIO;
else
if (errno != EINTR)
return errno;
}
return 0;
}
int writer_process(const int fd, const size_t len, const pid_t other)
{
long data[2] = { 0, 0 }, count[2] = { 0, 0 };
long value = 0;
siginfo_t info;
sigset_t sigs;
int signum;
sigemptyset(&sigs);
sigaddset(&sigs, NOTIFY_SIGNAL);
sigaddset(&sigs, SIGINT);
sigaddset(&sigs, SIGHUP);
sigaddset(&sigs, SIGTERM);
while (1) {
/* Update. */
data[0] = ++value;
data[1] = -(value++);
/* then write the data. */
if (write_to(fd, data, sizeof data, 0)) {
fprintf(stderr, "writer_process(): write_to() failed: %s.n", strerror(errno));
return EXIT_FAILURE;
}
/* Let the mapper know. */
kill(other, NOTIFY_SIGNAL);
/* Wait for the notification. */
signum = sigwaitinfo(&sigs, &info);
if (signum == -1) {
if (errno == EINTR)
continue;
fprintf(stderr, "writer_process(): sigwaitinfo() failed: %s.n", strerror(errno));
return EXIT_FAILURE;
}
if (signum != NOTIFY_SIGNAL || info.si_pid != other)
break;
/* Reread the file. */
if (read_from(fd, data, sizeof data, 0)) {
fprintf(stderr, "writer_process(): read_from() failed: %s.n", strerror(errno));
return EXIT_FAILURE;
}
/* Check the read counter. */
count[ (data[1] == -value) ]++;
}
/* Print statistics. */
printf("writer_process(): %lu errors out of %lu cycles (%.3f%%)n",
count[0], count[0] + count[1], 100.0 * (double)count[0] / (double)(count[0] + count[1]));
fflush(stdout);
return EXIT_SUCCESS;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
struct timespec duration;
double seconds;
pid_t mapper, writer, p;
size_t page;
siginfo_t info;
sigset_t sigs;
int fd, status;
char dummy;
if (argc != 3) {
fprintf(stderr, "n");
fprintf(stderr, "Usage: %s FILENAME SECONDSn", argv[0]);
fprintf(stderr, "n");
fprintf(stderr, "This program will test synchronization between a memory mapn");
fprintf(stderr, "and reading/writing the underlying file.n");
fprintf(stderr, "The test will run for the specified time, or indefinitelyn");
fprintf(stderr, "if SECONDS is zero, but you can also interrupt it withn");
fprintf(stderr, "Ctrl+C (INT signal).n");
fprintf(stderr, "n");
return EXIT_FAILURE;
}
if (sscanf(argv[2], " %lf %c", &seconds, &dummy) != 1) {
fprintf(stderr, "%s: Invalid number of seconds to run.n", argv[2]);
return EXIT_FAILURE;
}
if (seconds > 0) {
duration.tv_sec = (time_t)seconds;
duration.tv_nsec = (long)(1000000000 * (seconds - (double)(duration.tv_sec)));
} else {
duration.tv_sec = 0;
duration.tv_nsec = 0;
}
/* Block INT, HUP, CHLD, and the notification signal. */
sigemptyset(&sigs);
sigaddset(&sigs, SIGINT);
sigaddset(&sigs, SIGHUP);
sigaddset(&sigs, SIGCHLD);
sigaddset(&sigs, NOTIFY_SIGNAL);
if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &sigs, NULL) == -1) {
fprintf(stderr, "Cannot block the necessary signals: %s.n", strerror(errno));
return EXIT_FAILURE;
}
/* Create the file. */
page = sysconf(_SC_PAGESIZE);
fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0644);
if (fd == -1) {
fprintf(stderr, "%s: Cannot create file: %s.n", argv[1], strerror(errno));
return EXIT_FAILURE;
}
if (ftruncate(fd, page) == -1) {
fprintf(stderr, "%s: Cannot resize file: %s.n", argv[1], strerror(errno));
unlink(argv[1]);
return EXIT_FAILURE;
}
close(fd);
fd = -1;
/* Ensure streams are flushed before forking. They should be, we're just paranoid here. */
fflush(stdout);
fflush(stderr);
/* Fork the mapper child process. */
mapper = fork();
if (mapper == -1) {
fprintf(stderr, "Cannot fork mapper child process: %s.n", strerror(errno));
unlink(argv[1]);
return EXIT_FAILURE;
}
if (!mapper) {
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1) {
fprintf(stderr, "mapper_process(): %s: Cannot open file: %s.n", argv[1], strerror(errno));
return EXIT_FAILURE;
}
status = mapper_process(fd, page);
close(fd);
return status;
}
/* For the writer child process. (mapper contains the PID of the mapper process.) */
writer = fork();
if (writer == -1) {
fprintf(stderr, "Cannot fork writer child process: %s.n", strerror(errno));
unlink(argv[1]);
kill(mapper, SIGKILL);
return EXIT_FAILURE;
}
if (!writer) {
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1) {
fprintf(stderr, "writer_process(): %s: Cannot open file: %s.n", argv[1], strerror(errno));
return EXIT_FAILURE;
}
status = writer_process(fd, page, mapper);
close(fd);
return status;
}
/* Wait for a signal. */
if (duration.tv_sec || duration.tv_nsec)
status = sigtimedwait(&sigs, &info, &duration);
else
status = sigwaitinfo(&sigs, &info);
/* Whatever it was, we kill the child processes. */
kill(mapper, SIGHUP);
kill(writer, SIGHUP);
do {
p = waitpid(-1, NULL, 0);
} while (p != -1 || errno == EINTR);
/* Cleanup. */
unlink(argv[1]);
printf("Done.n");
return EXIT_SUCCESS;
}
请注意，子进程单独打开临时文件。要编译和运行，请使用例如
gcc -Wall -O2 test-multi.c -o multi
./multi temp 10
第二个参数是测试的持续时间，以秒为单位。(您可以使用 SIGINT (Ctrl+C) 或 SIGHUP 安全地中断测试。
在我的机器上，测试速率大约是每秒 120,000 次测试;msync()调用在这里也被注释掉了，因为即使没有它，我也看不到任何错误/不同步。(另外，msync(ptr, len, MS_SYNC)和msync(ptr, len, MS_SYNC | MS_INVALIDATE)都非常慢;使用这两种方法，我每秒可以得到不到1000次测试，结果绝对没有区别。这是 100 倍的减速。
mmap 的MAP_NORESERVE标志告诉它在内存压力下使用文件本身作为后备存储，而不是交换。如果在无法识别该标志的系统上编译代码，则可以省略它。只要映射没有从 RAM 中逐出，该标志就根本不影响操作。