linux 内存映射

目录

• 相关函数
• 使用内存映射实现进程间通信
• 注意事项：

内存映射（Memory-mapped I/O）是将磁盘文件的数据映射到内存，用户通过修改内存就能修改磁盘文件。

相关函数

头文件: #include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);

• 功能：将一个文件或者设备的数据映射到内存中

• 参数:

  • void *addr: NULL, 由内核指定
  • length : 要映射的数据的长度，这个值不能为0。建议使用文件的长度。获取文件的长度：stat lseek
  • prot : 对申请的内存映射区的操作权限
    – PROT_EXEC ：可执行的权限
    – PROT_READ ：读权限
    – PROT_WRITE ：写权限
    – PROT_NONE ：没有权限
    注意：要操作映射内存，必须要有读的权限。 PROT_READ、PROT_READ|PROT_WRITE
  • flags :
    – MAP_SHARED : 映射区的数据会自动和磁盘文件进行同步，进程间通信，必须要设置这个选项
    – MAP_PRIVATE ：不同步，内存映射区的数据改变了，对原来的文件不会修改，会重新创建一个新的文件。（copy on write）
  • fd: 需要映射的那个文件的文件描述符
    – 通过open得到，open的是一个磁盘文件
    – 注意：文件的大小不能为0，open指定的权限不能和prot参数有冲突。
    prot: PROT_READ open:只读/读写
    prot: PROT_READ | PROT_WRITE open:读写
  • offset：偏移量，一般不用。必须指定的是4k的整数倍，0表示偏移。

• 返回值：返回创建的内存的首地址，失败返回MAP_FAILED，(void *) -1

  int munmap(void *addr, size_t length);

  • 功能：释放内存映射
  • 参数：
    • addr : 要释放的内存的首地址
    • length : 要释放的内存的大小，要和mmap函数中的length参数的值一样。

使用内存映射实现进程间通信

1. 有关系的进程（父子进程）
   • 在没有子进程时，通过唯一的父进程，先创建内存映射区
   • 创建内存映射区后再创建子进程
   • 父子进程共享创建的内存映射区
2. 没有关系的进程间通信
   • 准备一个大小非0的磁盘文件, 进程1 通过磁盘文件创建内存映射区
   • 得到指向这块内存的指针, 进程2 通过磁盘文件创建内存映射区
   • 得到指向这块内存的指针
   • 使用内存映射区通信

注意：内存映射区通信，是非阻塞。
匿名映射：不需要文件实体进程一个内存映射

案例：

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <wait.h>

//使用内存映射实现父子进程间的通信。
int main() {

     // 1.打开一个文件
     int fd = open("test.txt", O_RDWR);
     int size = lseek(fd, 0, SEEK_END);  // 获取文件的大小
 
     // 2.创建内存映射区
     void *ptr = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
     if(ptr == MAP_FAILED) {
         perror("mmap");
         exit(0);
     }
 
    // 3.创建子进程
    pid_t pid = fork();
    if(pid > 0) {
        wait(NULL);
        // 父进程
        char buf[64];
		strcpy(buf, (char *)ptr);
        printf("read data : %s/n", buf);
       
    }else if(pid == 0){
        // 子进程
        strcpy((char *)ptr, "nihao a, son!!!");
    }
 
    // 关闭内存映射区
    munmap(ptr, size);
 
 	return 0;
}

注意事项：

1.如果对mmap的返回值(ptr)做++操作(ptr++), munmap是否能够成功?

void * ptr = mmap(...);
ptr++; 可以对其进行++操作
munmap(ptr, len); 				// 错误,要保存地址

2.如果open时O_RDONLY, mmap时prot参数指定PROT_READ | PROT_WRITE会怎样?

错误，返回MAP_FAILED
open()函数中的权限建议和prot参数的权限保持一致。

3.如果文件偏移量为1000会怎样?

偏移量必须是4K的整数倍，返回MAP_FAILED

4.mmap什么情况下会调用失败?

- 第二个参数：length = 0
- 第三个参数：prot
- 只指定了写权限
- prot PROT_READ | PROT_WRITE
第5个参数fd 通过open函数时指定的 O_RDONLY / O_WRONLY

5.可以open的时候O_CREAT一个新文件来创建映射区吗?

- 可以的，但是创建的文件的大小如果为0的话，肯定不行
- 可以对新的文件进行扩展
- lseek()
- truncate()

6.mmap后关闭文件描述符，对mmap映射有没有影响？

int fd = open("XXX");
mmap(,,,,fd,0);
close(fd);
映射区还存在，创建映射区的fd被关闭，没有任何影响。

7.对ptr越界操作会怎样？

void * ptr = mmap(NULL, 100,,,,,);
4K
越界操作操作的是非法的内存 -> 段错误