22. 将文件映射到内存

素颜马尾好姑娘i 2023-06-22 04:21 2阅读 0赞

要求：

1.  在访问某些二进制文件时，希望能把文件映射到内存中，可以像数组一样实现随机访问（例如linux的framebuffer设备文件）。
2.  某些嵌入式设备，寄存器被编址到内存地址空间，可以映射linux的`/dev/mem`某范围，去访问这些寄存器。
3.  如果多个进程同时映射同一个文件，还能实现进程通信的目的。

解决方案：

使用标准库中`mmap.mmap()`函数，将文件映射到进程的内存地址空间。

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*  对于`mmap.mmap()`函数：

mmap.mmap(fileno, length, tagname, access, offset)

从文件描述符`fileno`指定的文件映射长度字节，并返回一个mmap对象。如果`length`为0，则映射的最大长度将是调用mmap时文件的当前大小。

>>> import mmap
    
    >>> mmap.PAGESIZE
    4096

`offset`为起始映射的偏移量，是页对齐的，必须以`mmap.PAGESIZE`为单位。

*  对于文件描述符：

内核利用文件描述符来访问文件。文件描述符是非负整数。打开现存文件或新建文件时，内核会返回一个文件描述符。读写文件也需要使用文件描述符来指定待读写的文件。

>>> f = open('demo.bin', 'r+b')
    
    >>> f.fileno()
    3

如果使用`os.open()`函数也会直接返回一个文件描述符对象。

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*  方案示例：

1.  拷贝一个1MB的全0的特殊文件为`demo.bin`

# dd if=/dev/zero of=demo.bin bs=1024 count=1024 #拷贝 /dev/zero 文件为 demo.bin 文件，大小为1M
    1024+0 records in
    1024+0 records out
    1048576 bytes (1.0 MB) copied, 0.00273495 s, 383 MB/s
    
    # od -x demo.bin #以16进制查看二进制文件
    0000000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    *
    4000000

1.  将`demo.bin`映射到内存中

>>> f = open('demo.bin', 'r+b')
    
    >>> f.fileno()
    3
    >>> m = mmap.mmap(f.fileno(), 0)
    
    >>> m
    <mmap.mmap object at 0x7f74cf940978>

1.  向内存写入数据

>>> m.write(b'abc')
    3

# od -x demo.bin
    
    0000000 6261 0063 0000 0000 0000 0000 0000 0000             #61、62、63分别是a、b、c十六进制的ASCII码
    0000020 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    *
    4000000

1.  像数组一样访问、写入

>>> m[0]
    97
    
    >>> m[5]
    0
    
    >>> m[5] = 78

# od -x demo.bin
    
    0000000 6261 0063 4e00 0000 0000 0000 0000 0000             #4e即是78的十六进制数
    0000020 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    *
    4000000

>>> m[8:16]
    b'\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00'
    
    >>> m[8:16] = b'\xff' * 8               #像切片一样写入

# od -x demo.bin
    
    0000000 6261 0063 4e00 0000 ffff ffff ffff ffff             #已经修改为ff
    0000020 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    *
    4000000

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*  方案示例：

# ll /dev/fb0 
    crw-rw---- 1 root video 29, 0 Aug 28 21:03 /dev/fb0

import mmap
    
    f = open('/dev/fb0', 'r+b')              #linux的/dev/fb0文件即framebuffer设备文件
    
    size = 1920 * 1080 * 4
    m = mmap.mmap(f.fileno(), size)             #映射到内存中
    m[:size//2] = b'\xff\xff\xff\x00' * (size // 4 // 2)                #修改内存一半的值
    
    m.close()
    f.close()

在终端模式下以root身份运行后使linux终端屏幕黑白上下各占一半。

由于我没有安装linux桌面，效果似乎不太一样，似乎全屏变白，最好是使用linux桌面测试。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L21pc3MxMTgxMjQ4OTgz_size_16_color_FFFFFF_t_70]

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