更新 2/TL;DR

Is there some way to prevent dirty pages of a windows FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE temporary file from being flushed as a result of closing memory maps opened on these files?

是的。如果您在初始创建后不需要对文件本身做任何事情并且您实现了一些命名约定，这可以通过 this answer 中解释的策略实现。 .

注意:我仍然很想找出为什么根据映射的创建方式和处理/取消映射的顺序，行为会有如此大差异的原因。

我一直在研究进程间共享内存数据结构的一些策略，该数据结构允许通过使用“内存块”链来增加和缩减其在 Windows 上的 promise 容量。

一种可能的方法是使用页面文件支持的命名内存映射 作为 block 内存。此策略的一个优点是可以使用 SEC_RESERVE 保留大块内存地址空间，并使用 VirtualAlloc 和 MEM_COMMIT 增量分配它。缺点似乎是 (a) 要求具有 SeCreateGlobalPrivilege 权限以允许在 Global\ 命名空间中使用可共享名称，以及 (b) 所有提交的内存都有助于系统提交费用。

为了规避这些缺点，我开始研究使用临时文件支持的内存映射。 IE。内存映射到使用 FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE | 创建的文件FILE_ATTRIBUTE_TEMPORARY 标志组合。这似乎是一个推荐的策略，根据例如。 this blog post应该防止将映射内存刷新到磁盘(除非内存压力导致脏映射页面被调出)。

然而，我观察到在所属进程退出之前关闭映射/文件句柄会导致脏页刷新到磁盘。即使 View /文件句柄不是创建脏页的那个句柄，并且当这些 View /文件句柄在页面在不同 View 中被“弄脏”后打开时，也会发生这种情况。

似乎更改处理顺序(即首先取消映射 View 或首先关闭文件句柄)对何时启动磁盘刷新有一些影响，但对刷新发生的事实没有影响。

所以我的问题是:

• Is there some way to use temporary file backed memory maps and prevent them from flushing dirty pages when the map/file is closed, taking into account that multiple threads within a process/multiple processes may have open handles/views to such a file?
• If not, what is/could be the reason for the observed behavior?
• Is there an alternative strategy that I may have overlooked?

更新
一些附加信息:当在两个单独的(独立的)进程中运行下面示例代码的“arena1”和“arena2”部分时，“arena1”是创建共享内存区域的进程，“arena2”是打开它们的进程，对于具有脏页的映射/ block ，会观察到以下行为:

• 如果在“arena1”进程中的文件句柄之前关闭 View ，它会将这些 block 中的每一个刷新到磁盘，这似乎是一个(部分)同步进程(即它会阻塞处理线程几秒钟)，独立于“arena2”进程是否启动。
• 如果在 View 之前关闭文件句柄，磁盘刷新只会发生在“arena1”进程中关闭的那些 map / block 上，而“arena2”进程仍然有这些 block 的打开句柄，它们看起来是“异步”，即不阻塞应用程序线程。

请参阅下面的 (c++) 示例代码，它可以在我的系统(x64、Win7)上重现该问题:

static uint64_t start_ts;
static uint64_t elapsed() {
    return ::GetTickCount64() - start_ts;
}

class PageArena {
public:
    typedef uint8_t* pointer;

    PageArena(int id, const char* base_name, size_t page_sz, size_t chunk_sz, size_t n_chunks, bool dispose_handle_first) :
        id_(id), base_name_(base_name), pg_sz_(page_sz), dispose_handle_first_(dispose_handle_first) {
        for (size_t i = 0; i < n_chunks; i++)
            chunks_.push_back(new Chunk(i, base_name_, chunk_sz, dispose_handle_first_));
    }
    ~PageArena() {
        for (auto i = 0; i < chunks_.size(); ++i) {
            if (chunks_[i])
                release_chunk(i);
        }
        std::cout << "[" << ::elapsed() << "] arena " << id_ << " destructed" << std::endl;
    }

    pointer alloc() {
        auto ptr = chunks_.back()->alloc(pg_sz_);
        if (!ptr) {
            chunks_.push_back(new Chunk(chunks_.size(), base_name_, chunks_.back()->capacity(), dispose_handle_first_));
            ptr = chunks_.back()->alloc(pg_sz_);
        }
        return ptr;
    }
    size_t num_chunks() {
        return chunks_.size();
    }
    void release_chunk(size_t ndx) {
        delete chunks_[ndx];
        chunks_[ndx] = nullptr;
        std::cout << "[" << ::elapsed() << "] chunk " << ndx << " released from arena " << id_ << std::endl;
    }

private:
    struct Chunk {
    public:
        Chunk(size_t ndx, const std::string& base_name, size_t size, bool dispose_handle_first) :
            map_ptr_(nullptr), tail_(nullptr),
            handle_(INVALID_HANDLE_VALUE), size_(0),
            dispose_handle_first_(dispose_handle_first) {

            name_ = name_for(base_name, ndx);
            if ((handle_ = create_temp_file(name_, size)) == INVALID_HANDLE_VALUE)
                handle_ = open_temp_file(name_, size);
            if (handle_ != INVALID_HANDLE_VALUE) {
                size_ = size;
                auto map_handle = ::CreateFileMappingA(handle_, nullptr, PAGE_READWRITE, 0, 0, nullptr);
                tail_ = map_ptr_ = (pointer)::MapViewOfFile(map_handle, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, size);
                ::CloseHandle(map_handle); // no longer needed.
            }
        }
        ~Chunk() {
            if (dispose_handle_first_) {
                close_file();
                unmap_view();
            } else {
                unmap_view();
                close_file();
            }
        }
        size_t capacity() const {
            return size_;
        }
        pointer alloc(size_t sz) {
            pointer result = nullptr;
            if (tail_ + sz <= map_ptr_ + size_) {
                result = tail_;
                tail_ += sz;
            }
            return result;
        }

    private:
        static const DWORD kReadWrite = GENERIC_READ | GENERIC_WRITE;
        static const DWORD kFileSharing = FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE | FILE_SHARE_DELETE;
        static const DWORD kTempFlags = FILE_ATTRIBUTE_NOT_CONTENT_INDEXED | FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE | FILE_ATTRIBUTE_TEMPORARY;

        static std::string name_for(const std::string& base_file_path, size_t ndx) {
            std::stringstream ss;
            ss << base_file_path << "." << ndx << ".chunk";
            return ss.str();
        }
        static HANDLE create_temp_file(const std::string& name, size_t& size) {
            auto h = CreateFileA(name.c_str(), kReadWrite, kFileSharing, nullptr, CREATE_NEW, kTempFlags, 0);
            if (h != INVALID_HANDLE_VALUE) {
                LARGE_INTEGER newpos;
                newpos.QuadPart = size;
                ::SetFilePointerEx(h, newpos, 0, FILE_BEGIN);
                ::SetEndOfFile(h);
            }
            return h;
        }
        static HANDLE open_temp_file(const std::string& name, size_t& size) {
            auto h = CreateFileA(name.c_str(), kReadWrite, kFileSharing, nullptr, OPEN_EXISTING, kTempFlags, 0);
            if (h != INVALID_HANDLE_VALUE) {
                LARGE_INTEGER sz;
                ::GetFileSizeEx(h, &sz);
                size = sz.QuadPart;
            }
            return h;
        }
        void close_file() {
            if (handle_ != INVALID_HANDLE_VALUE) {
                std::cout << "[" << ::elapsed() << "] " << name_ << " file handle closing" << std::endl;
                ::CloseHandle(handle_);
                std::cout << "[" << ::elapsed() << "] " << name_ << " file handle closed" << std::endl;
            }
        }
        void unmap_view() {
            if (map_ptr_) {
                std::cout << "[" << ::elapsed() << "] " << name_ << " view closing" << std::endl;
                ::UnmapViewOfFile(map_ptr_);
                std::cout << "[" << ::elapsed() << "] " << name_ << " view closed" << std::endl;
            }
        }

        HANDLE          handle_;
        std::string     name_;
        pointer         map_ptr_;
        size_t          size_;
        pointer         tail_;
        bool            dispose_handle_first_;
    };

    int id_;
    size_t pg_sz_;
    std::string base_name_;
    std::vector<Chunk*> chunks_;
    bool dispose_handle_first_;
};

static void TempFileMapping(bool dispose_handle_first) {
    const size_t chunk_size = 256 * 1024 * 1024;
    const size_t pg_size = 8192;
    const size_t n_pages = 100 * 1000;
    const char*  base_path = "data/page_pool";
    start_ts = ::GetTickCount64();

    if (dispose_handle_first)
        std::cout << "Mapping with 2 arenas and closing file handles before unmapping views." << std::endl;
    else
        std::cout << "Mapping with 2 arenas and unmapping views before closing file handles." << std::endl;
    {
        std::cout << "[" << ::elapsed() << "] " << "allocating " << n_pages << " pages through arena 1." << std::endl;
        PageArena arena1(1, base_path, pg_size, chunk_size, 1, dispose_handle_first);
        for (size_t i = 0; i < n_pages; i++) {
            auto ptr = arena1.alloc();
            memset(ptr, (i + 1) % 256, pg_size); // ensure pages are dirty.
        }
        std::cout << "[" << elapsed() << "] " << arena1.num_chunks() << " chunks created." << std::endl;
        {
            PageArena arena2(2, base_path, pg_size, chunk_size, arena1.num_chunks(), dispose_handle_first);
            std::cout << "[" << ::elapsed() << "] arena 2 loaded, going to release chunks 1 and 2 from arena 1" << std::endl;
            arena1.release_chunk(1);
            arena1.release_chunk(2);
        }
    }
}

请引用这个gist其中包含运行上述代码的输出以及指向 system free memory 屏幕截图的链接和运行时的磁盘事件 TempFileMapping(false)和 TempFileMapping(true)分别。

最佳答案

在赏金期结束后，没有任何答案可以提供更多见解或解决上述问题，我决定更深入地挖掘，并通过几种操作组合和顺序进行更多试验。

因此，我相信我已经找到了一种方法，可以通过临时的、关闭时删除的文件在进程之间共享内存映射，这些文件在关闭时不会刷新到磁盘。

基本思想涉及在新创建临时文件时创建内存映射，该临时文件具有可用于调用 OpenFileMapping 的映射名称:

// build a unique map name from the file name.
auto map_name = make_map_name(file_name); 

// Open or create the mapped file.
auto mh = ::OpenFileMappingA(FILE_MAP_ALL_ACCESS, false, map_name.c_str());
if (mh == 0 || mh == INVALID_HANDLE_VALUE) {
    // existing map could not be opened, create the file.
    auto fh = ::CreateFileA(name.c_str(), kReadWrite, kFileSharing, nullptr, CREATE_NEW, kTempFlags, 0);
    if (fh != INVALID_HANDLE_VALUE) {
        // set its size.
        LARGE_INTEGER newpos;
        newpos.QuadPart = desired_size;
        ::SetFilePointerEx(fh, newpos, 0, FILE_BEGIN);
        ::SetEndOfFile(fh);
        // create the map
        mh = ::CreateFileMappingA(mh, nullptr, PAGE_READWRITE, 0, 0, map_name.c_str());
        // close the file handle
        // from now on there will be no accesses using file handles.
        ::CloseHandle(fh);
    }
}

因此，文件句柄仅在新创建文件时使用，并在创建 map 后立即关闭，而 map 句柄本身保持打开状态，以允许打开映射而不需要访问文件句柄。请注意，这里存在竞争条件，我们需要在任何“真实代码”中处理(以及添加适当的错误检查和处理)。

因此，如果我们获得了有效的 map 句柄，我们就可以创建 View :

auto map_ptr = MapViewOfFile(mh, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, 0);
if (map_ptr) {
    // determine its size.
    MEMORY_BASIC_INFORMATION mbi;
    if (::VirtualQuery(map_ptr, &mbi, sizeof(MEMORY_BASIC_INFORMATION)) > 0) 
        map_size = mbi.RegionSize;
}

当，一段时间后关闭映射文件时:在取消映射 View 之前关闭映射句柄:

if (mh == 0 || mh == INVALID_HANDLE_VALUE) {
    ::CloseHandle(mh);
    mh = INVALID_HANDLE_VALUE;
}
if (map_ptr) {
    ::UnmapViewOfFile(map_ptr);
    map_ptr = 0;
    map_size = 0;
}

而且，根据我目前执行的测试，这不会导致关闭时将脏页刷新到磁盘，问题已解决。无论如何，可能仍然存在跨 session map 名称共享问题。

关于windows - 如何防止将在 Windows 临时关闭时删除文件上打开的内存映射刷新到磁盘，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/32635860/