17.5 稀疏调拨的内存映射文件--《Windows核心编程》

原文链接：https://www.likecs.com/show-306421749.html，原文中代码是C++MFC程序，更详细。本文是C语言测试代码。

（1）稀疏文件(Sparse File)定义

指的是文件中出现大量的0数据，这些数据对我们用处不大，但是却一样的占用空间。NTFS文件系统对此进行了优化，那些无用的0字节被用一定的算法压缩起来。例如声明一个很大的稀疏文件（如100GB），这个文件实际上并不需要占用那么大的空，内部都是一些无用的0数据，那么NTFS就会利用算法释放这些无用的0字节空间，这是对磁盘占用空间的一种优化。但要注意FAT32并不支持稀疏文件的压缩。

实例场景：假设我们要创建一个内存映射文件来存储录音的数据。当用户说话的时候，我们把数字音频数据写入到内存缓存，并以磁盘文件作为内存缓存的后备存储器。一个部分调拨的内存映射文件当然是最简单和最高效的方式。问题在于我们并不知道用户在停止录制之前会说多久，可能是五分钟，可能是五小时…这差距还是很大的。所以我们需要一个足够大的文件来保存这些数据。单是，在使用稀疏调拨的内存映射文件时，大小并没有多大关系。

（2）与稀疏文件操作有关的函数

①判断系统是否支持稀疏文件：GetVolumeInformation 函数

通过传出的参数lpFileSystemFlags & FILE_SUPPORTS_SPARSE_FILES判断结果是否为FILE_SUPPORTS_SPARSE_FILES。
　　
②判断一个文件是否是稀疏文件：GetFileInformationByHandle 函数

　　　　BY_HANDLE_FILE_INFORMATION stFileInfo；
　　　　GetFileInformationByHandle(hFile, &stFileInfo);
　　　　当stFileInfo.dwFileAttributes & FILE_ATTRIBUTE_SPARSE_FILE为TRUE时表示稀疏文件。
　　
③产生一个稀疏文件：DeviceIoControl(hFile,FSCTL_SET_SPARS,...);

　　大部分文件，在改变它的EndOfFile的时候，中间的空白会被操作系统填0，也就是说，如果用SetFilePointer和SetEndOfFile来产生一个很大的文件，那么这个文件它占用的是真正的磁盘空间，即使里面全是0，系统默认的也会在DeviceIoControl()中的ControlCode里用FSCTL_SET_ZERO_DATA标记，这个标记使得那些文件空洞被0所填充。为了节省磁盘空间，我们必须把一个文件声明为稀疏文件，以便让系统把那些无用的0字节压缩，并释放相应的磁盘空间，要将标记改为FSCTL_SET_SPARSE。

④查找稀疏文件中包含非零数据的范围：DeviceIoControl(hFile, FSCTL_QUERY_ALLOCATED_RANGES,...);

（3）以稀疏文件为后备存储器的内存映射文件（一般的使用步骤）

① 创建文件：hFile = CreateFile(...);

② 产生稀疏文件
　　DeviceIoControl(hFile, FSCTL_SET_SPARSE, NULL, 0, NULL, 0, &dw, NULL));

③ 创建内存映射文件对象
　　hFileMap = CreateFileMapping(hFile, NULL, PAGE_READWRITE,…);

④ 映射到进程的地址空间
   pvFile = MapViewOfFile(hFileMap, FILE_MAP_WRITE | FILE_MAP_READ, 0, 0, 0);

⑤ 读、写文件（像直接读写内存一样的读写文件）
⑥ 撤消映射：UnmapViewOfFile(pvFile)；
⑦ 关闭句柄：CloseHandle(hFileMap);CloseHandle(hFile);

#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <winioctl.h>
using namespace std;

#define FL (1024*1024)
#define FH 0
char g_szPath[MAX_PATH];
char g_Volume[MAX_PATH];
//(3797960)

int main()
{
    // 先检查当前磁盘是否支持稀疏文件
    memset(g_Volume, 0, MAX_PATH);
    GetCurrentDirectory(MAX_PATH, g_szPath);
    strncpy_s(g_Volume, g_szPath, 3);
    DWORD dwFileSystemFlags = 0;
    bool bOK = GetVolumeInformation(g_Volume, NULL, 0, NULL, NULL, &dwFileSystemFlags, NULL, 0);// 获取磁盘信息
    bOK = bOK && (dwFileSystemFlags & FILE_SUPPORTS_SPARSE_FILES);// dwFileSystemFlags & FILE_SUPPORTS_SPARSE_FILES 查看标志位判断对稀疏文件的支持
    if (!bOK)
    {
        // 如果系统不支持稀疏文件，就直接关闭程序
        return 1;
    }

    // ① 创建文件
    DWORD dw;
    string FileName = "MMF.txt";
    HANDLE hFile = CreateFile(FileName.c_str(), GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, CREATE_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
    int err = GetLastError();
    if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE)
    {
        cout << "打开文件失败" << endl;
        return 1;
    }

    // ② 产生稀疏文件
    bool ret = DeviceIoControl(hFile, FSCTL_SET_SPARSE, NULL, 0, NULL, 0, &dw, NULL);// 设置稀疏文件
    err = GetLastError();
    if (!ret)
    {
        cout << "err no:" << err << endl;
        return 2;
    }

    // ③ 创建内存映射文件对象
    HANDLE hFileMapping = ::CreateFileMapping(hFile, NULL, PAGE_READWRITE, 0, 1024 * 1024, NULL);    // 申请1M，但实际测试只有64KB

    if (!hFileMapping)
    {
        CloseHandle(hFileMapping);
        cout << "创建文件映像失败" << endl;
        return 2;
    }

    // ④ 映射到进程的地址空间
    LPVOID pFile = MapViewOfFile(hFileMapping, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, 0);

    // ⑤ 读、写文件（像直接读写内存一样的读写文件）

    char WriteIn[] = "写入测试";
    memcpy((LPVOID)((INT64)pFile + 0x120), WriteIn, strlen(WriteIn) + 1);
    FlushViewOfFile(pFile, 4);        // 不强制刷新的话，后面获取文件磁盘占用大小会失败，因为还没刷新到文件中。

    LARGE_INTEGER lpFileSize;
    GetFileSizeEx(hFile, &lpFileSize);
    printf("文件实际大小（压缩前大小）:\n%lld bytes\n%4.2f KB\n%4.2f MB\n%4.2f GB\n", lpFileSize.QuadPart, (float)lpFileSize.QuadPart / 1024, (float)lpFileSize.QuadPart / (1024 * 1024), (float)lpFileSize.QuadPart / (1024 * 1024 * 1024));

    ULARGE_INTEGER ulFileSize;
    ulFileSize.LowPart = GetCompressedFileSize("C:\\Users\\Lenovo\\source\\repos\\test2333\\test2333\\MMF.txt", &ulFileSize.HighPart);
    err = GetLastError();
    printf("文件磁盘大小\n%lld bytes\n%4.2f KB\n%4.2f MB\n%4.2f GB\n", ulFileSize.QuadPart, (float)ulFileSize.QuadPart / 1024, (float)ulFileSize.QuadPart / (1024 * 1024), (float)ulFileSize.QuadPart / (1024 * 1024 * 1024));

    // ⑥ 撤消映射
    // ⑦ 关闭句柄
    UnmapViewOfFile(pFile);
    CloseHandle(hFileMapping);
    CloseHandle(hFile);

    system("pause");
    return 0;
}

测试结果：申请1M，但实际测试只有64KB。
测试写入时也不用考虑文件尾，因为1M大小就是文件尾。像是之前写的读写文件的测试代码（https://www.cnblogs.com/renleiguanchashi/p/16910946.html），如果写入超过文件尾，会写不进去，要先设置文件尾更大。这里因为文件尾是1M处，很大了，不需要再设置文件尾了。