共享記憶體加速純真IP庫查詢：微秒級高效能實作

專案背景

純真 IP 庫（QQWry.dat）是廣泛使用的離線 IP 地理位置資料庫，約每 5 天更新一次。將資料庫載入共享記憶體，可讓多行程共享資料並達到微秒級查詢效能。本文提供完整 C 實作，在 42 萬筆資料下單次查詢僅需微秒。

核心架構

• 記憶體映射：使用 mmap() 將 qqwry.dat 映射至共享記憶體（/tmp/qqwry.dat）。
• 索引結構：資料庫前 8 位元組記錄首尾索引偏移，每筆索引 7 位元組（4B 起始 IP + 3B 資料偏移）。
• 二分搜尋：在索引區間對目標 IP 進行二分查找，定位區間後解析地區字串。
• 字串重導向處理：支援模式 1/2 重導向（國家/地區字串可能指向其他位置）。

關鍵資料結構

typedef struct {
    char *p_country;  // 國家指標
    char *p_area;     // 地區指標
    char beginip[46]; // 起始 IP 字串
    char endip[46];   // 結束 IP 字串
} location;

核心函數流程

1. openshare()：嘗試開啟既有共享記憶體；若失敗呼叫 createshare() 建立並載入資料。解析總筆數 total_record。
2. getipinfo()：
   • 將輸入 IP 轉為網路序 unsigned long。
   • 二分搜尋索引區間（p_begin ~ p_end）。
   • 取得資料偏移，解析國家/地區字串（處理重導向）。
   • 將起迄 IP 轉回點分十進制字串。
3. getlong3()/getlong4()：小端序讀取 3/4 位元組整數。
4. getarea()：根據標誌位元組（0/1/2）決定字串讀取方式。

編譯與執行範例

gcc -o iplocation iplocation.c
./iplocation 58.62.69.255
# 輸出:
# ip=58.62.69.255 is between 58.62.64.0,58.62.69.255
# location:廣東省廣州市番禺區 電信

測試環境與效能

• OS: CentOS 5 i386
• GCC: 4.1.2
• 資料庫：429,555 筆，2011-06-05 版
• 單次查詢穩定在微秒級（受益於共享記憶體避免重複 I/O）。

完整原始碼

文中包含完整 iplocation.c，涵蓋共享記憶體建立/開啟/關閉、IP 解析、二分搜尋、字串重導向處理、主程式入口等所有細節，可直接編譯部署。

本文整理自「一方有」博客，原文出處：https://yifangyou.blog.51cto.com/900206/617658