C言語でメモリをロックするmlock/mlockall関数の使い方を教えて！
こういった悩みにお答えします．
本記事の信頼性
- リアルタイムシステムの研究歴12年．
- 東大教員の時に，英語でOS（Linuxカーネル）の授業．
- 2012年9月～2013年8月にアメリカのノースカロライナ大学チャペルヒル校（UNC）コンピュータサイエンス学部で客員研究員として勤務．C言語でリアルタイムLinuxの研究開発．
- プログラミング歴15年以上，習得している言語: C/C++，Python，Solidity/Vyper，Java，Ruby，Go，Rust，D，HTML/CSS/JS/PHP，MATLAB，Assembler (x64，ARM)．
- 東大教員の時に，C++言語で開発した「LLVMコンパイラの拡張」，C言語で開発した独自のリアルタイムOS「Mcube Kernel」をGitHubにオープンソースとして公開．
- 2020年1月～現在はアメリカのノースカロライナ州チャペルヒルにあるGuarantee Happiness LLCのCTOとしてECサイト開発やWeb/SNSマーケティングの業務．2022年6月～現在はアメリカのノースカロライナ州チャペルヒルにあるJapanese Tar Heel, Inc.のCEO兼CTO．
- 最近は自然言語処理AIとイーサリアムに関する有益な情報発信に従事．
- （AI全般を含む）自然言語処理AIの論文の日本語訳や，AIチャットボット（ChatGPT，Auto-GPT，Gemini（旧Bard）など）の記事を50本以上執筆．アメリカのサンフランシスコ（広義のシリコンバレー）の会社でプロンプトエンジニア・マネージャー・Quality Assurance（QA）の業務委託の経験あり．
- （スマートコントラクトのプログラミングを含む）イーサリアムや仮想通貨全般の記事を200本以上執筆．イギリスのロンドンの会社で仮想通貨の英語の記事を日本語に翻訳する業務委託の経験あり．
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mlock/mlockall関数
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int mlock(const void *addr, size_t len); int munlock(const void *addr, size_t len); int mlockall(int flags); int munlockall(void); |
mlock/mlockall関数は，呼び出し元プロセスの仮想アドレス空間の一部または全部をメモリ上にロックし，メモリがスワップエリアにページングされるのを防ぎます．
munlock/munlockall関数は逆の操作で，それぞれ呼び出し元プロセスの仮想アドレス空間の一部または全部をロック解除します．
つまり，指定された仮想アドレス範囲のページは，カーネルメモリマネージャーから要求されればスワップアウトするようになります．
メモリのロックとロック解除はページ単位で行われます．
mlock関数の使い方
mlock関数の使い方は以下になります．
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/* * Author: Hiroyuki Chishiro * License: 2-Clause BSD */ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/mman.h> #define BUFSIZE 1024 int lock_memory(void *addr, size_t size) { unsigned long page_offset, page_size; page_size = sysconf(_SC_PAGE_SIZE); page_offset = (unsigned long) addr % page_size; addr -= page_offset; size += page_offset; return mlock(addr, size); } int unlock_memory(void *addr, size_t size) { unsigned long page_offset, page_size; page_size = sysconf(_SC_PAGE_SIZE); page_offset = (unsigned long) addr % page_size; addr -= page_offset; size += page_offset; return munlock(addr, size); } int main(void) { char data[BUFSIZE]; if (lock_memory(data, BUFSIZE) == -1) { perror("mlock"); exit(1); } /* do something */ if (unlock_memory(data, BUFSIZE) == -1) { perror("munlock"); exit(2); } return 0; } |
実行結果は以下になります．表示はないです．
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$ gcc mlock.c $ a.out |
mlockall関数の使い方
mlockall関数の使い方は以下になります．
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/* * Author: Hiroyuki Chishiro * License: 2-Clause BSD */ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/mman.h> int main(void) { if (mlockall(MCL_CURRENT | MCL_FUTURE) == -1) { perror("mlockall"); exit(1); } /* do something */ if (munlockall() == -1) { perror("munlockall"); exit(2); } return 0; } |
実行結果は以下になります．表示はないです．
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$ gcc mlockall.c $ a.out |
参考：mmap関数でファイルやデバイスのメモリをロック
mlock関数と同様にmmap関数でもメモリをロックすることができます．
mlock関数では指定したアドレスのメモリをロックするのに対して，mmap関数では引数で指定されたファイルやデバイスのメモリをロックします．
mmap関数でファイルやデバイスのメモリをロックする方法は以下になります．
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/* * Author: Hiroyuki Chishiro * License: 2-Clause BSD */ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/mman.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #define FILENAME "mmap.c" #define MAPSIZE 4096 int main(void) { int fd; void *addr; if ((fd = open(FILENAME, O_CREAT | O_RDWR, 0644)) == -1) { perror("open"); exit(1); } if ((addr = mmap(0, MAPSIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_LOCKED, fd, 0)) == MAP_FAILED) { perror("mmap"); exit(2); } /* do something */ if (munmap(addr, MAPSIZE) == -1) { perror("munmap"); exit(3); } if (close(fd) == -1) { perror("close"); exit(4); } return 0; } |
実行結果は以下になります．表示はないです．
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$ gcc mmap.c $ a.out |
まとめ
C言語でメモリをロックするmlock/mlockall関数の使い方を紹介しました．
また，mmap関数でファイルやデバイスのメモリをロックする方法も解説しました．
C言語を独学で習得することは難しいです．
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