Работа с памятью в Паскале: использование Fpmmap для создания анонимного отображения без привязки к файлу в Delphi и Pascal

Delphi , Синтаксис , Память и Указатели

В мире программирования на Pascal и Delphi управление памятью является критически важным аспектом, особенно когда речь идет о низкоуровневых операциях. В этой статье мы рассмотрим, как работать с памятью на уровне страниц в UNIX-подобных системах, используя функцию Fpmmap из Free Pascal.

Введение в управление памятью

В Windows для работы с памятью на уровне страниц традиционно используется функция VirtualAlloc. Однако в UNIX-подобных системах (Linux, macOS, BSD и других) для этих целей применяется другой механизм - системный вызов mmap.

Что такое mmap?

mmap (memory map) - это системный вызов в UNIX-подобных системах, который позволяет отображать файлы или устройства в память процесса. Однако его можно использовать и для выделения анонимной памяти (не связанной с файлом), что аналогично VirtualAlloc в Windows.

Использование Fpmmap в Free Pascal

В Free Pascal существует обертка над системным вызовом mmap - функция Fpmmap. Рассмотрим ее синтаксис:

function Fpmmap(
  addr: Pointer; len: size_t; prot: cint; 
  flags: cint; fd: cint; offset: off_t): Pointer; cdecl; external;

Где: - addr - желаемый адрес отображения (может быть nil для автоматического выбора) - len - размер отображаемой области - prot - флаги защиты памяти - flags - флаги управления отображением - fd - дескриптор файла (если отображается файл) - offset - смещение в файле

Создание анонимного отображения памяти

Для выделения памяти без привязки к файлу нужно использовать флаг MAP_ANONYMOUS (или MAP_ANON в некоторых системах) и передать -1 в качестве дескриптора файла:

var
  Memory: Pointer;
  Size: size_t = 4096; // Размер страницы обычно 4KB
begin
  Memory := Fpmmap(nil, Size, PROT_READ or PROT_WRITE, 
     MAP_PRIVATE or MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
  if Memory = MAP_FAILED then
    WriteLn('Ошибка выделения памяти')
  else
  begin
    // Используем выделенную память
    FillChar(Memory^, Size, 0);

    // Освобождаем память, когда она больше не нужна
    Fpmunmap(Memory, Size);
  end;
end.

Разрешения доступа к памяти

Флаги PROT_* определяют разрешения для выделенной области памяти: - PROT_READ - разрешает чтение - PROT_WRITE - разрешает запись - PROT_EXEC - разрешает выполнение кода

Альтернативные подходы

Хотя Fpmmap является мощным инструментом, в большинстве случаев в Pascal можно использовать стандартные механизмы управления памятью:

1. Динамические массивы:  
var Arr: array of Byte;
begin
SetLength(Arr, 1024); // Выделение 1KB памяти end;

2. GetMem/FreeMem:  
var P: Pointer;
begin
GetMem(P, 1024);
try
// Работа с памятью
finally
FreeMem(P);
end;
end;

3. Классы и объекты:
    type TMyObject = class private FData: array[0..1023] of Byte;

var Obj: TMyObject;
begin Obj := TMyObject.Create;
try
// Работа с объектом
finally
Obj.Free;
end;
end;

Изменение прав доступа к памяти

Аналогом Windows-функции VirtualProtect в UNIX является mprotect. В Free Pascal она доступна как Fpmprotect:

var
  Memory: Pointer;
  Size: size_t = 4096;
begin
  Memory := Fpmmap(nil, Size, PROT_READ or PROT_WRITE, MAP_PRIVATE or MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
  if Memory = MAP_FAILED then
    Exit;

  // Запрещаем запись в память
  if Fpmprotect(Memory, Size, PROT_READ) <> 0 then
    WriteLn('Не удалось изменить права доступа');

  Fpmunmap(Memory, Size);
end;

Практический пример: создание защищенной области памяти

Рассмотрим пример создания области памяти с ограниченными правами доступа:

program ProtectedMemory;

uses
  BaseUnix, SysUtils;

const
  PageSize = 4096;

var
  Memory: Pointer;

procedure Error(const Msg: string);
begin
  Writeln(ErrOutput, Msg);
  Halt(1);
end;

begin
  // Выделяем память с правами на чтение и запись
  Memory := Fpmmap(nil, PageSize, PROT_READ or PROT_WRITE, MAP_PRIVATE or MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
  if Memory = MAP_FAILED then
    Error('Ошибка выделения памяти');

  try
    // Записываем данные в память
    PByte(Memory)^ := 42;
    Writeln('Записали значение: ', PByte(Memory)^);

    // Запрещаем запись
    if Fpmprotect(Memory, PageSize, PROT_READ) <> 0 then
      Error('Не удалось установить защиту');

    // Попытка записи вызовет segmentation fault
    // PByte(Memory)^ := 100; // Раскомментируйте для проверки

    Writeln('Читаем значение: ', PByte(Memory)^);
  finally
    // Освобождаем память
    Fpmunmap(Memory, PageSize);
  end;
end.

Заключение

Функция Fpmmap в Free Pascal предоставляет мощный инструмент для работы с памятью на уровне страниц в UNIX-подобных системах. Хотя в большинстве случаев достаточно стандартных механизмов управления памятью Pascal, понимание низкоуровневых операций может быть полезно при разработке специализированных приложений, таких как:

• Системы управления памятью
• Эмуляторы и виртуальные машины
• Специализированные аллокаторы памяти
• Системы защиты данных

При использовании Fpmmap важно помнить об освобождении выделенной памяти с помощью Fpmunmap и правильно управлять правами доступа к памяти для обеспечения безопасности приложения.

Создано по материалам из источника по ссылке.

В статье рассматривается использование функции Fpmmap в Free Pascal для управления памятью на уровне страниц в UNIX-подобных системах, аналогично VirtualAlloc в Windows.

Комментарии и вопросы

Получайте свежие новости и обновления по Object Pascal, Delphi и Lazarus прямо в свой смартфон. Подпишитесь на наш Telegram-канал delphi_kansoftware и будьте в курсе последних тенденций в разработке под Linux, Windows, Android и iOS

:: Главная :: Память и Указатели ::