mmap映射区和shm共享内存的区别总结

【转载】原文链接：https://blog.csdn.net/hj605635529/article/details/73163513

linux中的两种共享内存。一种是我们的IPC通信System V版本的共享内存，另外的一种就是我们今天提到的存储映射I/O（mmap函数）

 

在说mmap之前我们先说一下普通的读写文件的原理，进程调用read或是write后会陷入内核，因为这两个函数都是系统调用，进入系统调用后，内核开始读写文件，假设内核在读取文件，内核首先把文件读入自己的内核空间，读完之后进程在内核回归用户态，内核把读入内核内存的数据再copy进入进程的用户态内存空间。实际上我们同一份文件内容相当于读了两次，先读入内核空间，再从内核空间读入用户空间。

 

 

　Linux提供了内存映射函数mmap, 它把文件内容映射到一段内存上(准确说是虚拟内存上), 通过对这段内存的读取和修改, 实现对文件的读取和修改,mmap()系统调用使得进程之间可以通过映射一个普通的文件实现共享内存。普通文件映射到进程地址空间后，进程可以向访问内存的方式对文件进行访问，不需要其他系统调用(read,write)去操作。

mmap图示例：

 

mmap系统调用介绍

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

 

这就是mmap系统调用的接口，mmap函数成功返回指向内存区域的指针，图上的进程的地址空间的开始地址就是mmap函数的返回值，失败返回MAP_FAILED。

addr，某个特定的地址作为起始地址，当被设置为NULL，系统会在地址空间选择一块合适的内存区域。

length说的是内存段的长度。

prot是用来设定内存段的访问权限。

prot参数	说明
PROT_READ	内存段可读
PROT_WRITE	内存段可写
PROT_EXEC	内存段可执行
PROT_NONE	内存段不能被访问

flags参数控制内存段内容被修改以后程序的行为。

flags参数	说明
MAP_SHARED	进程间共享内存，对该内存段修改反映到映射文件中。提供了POSIX共享内存
MAP_PRIVATE	内存段为调用进程所私有。对该内存段的修改不会反映到映射文件
MAP_ANNOYMOUS	这段内存不是从文件映射而来的。内容被初始化为全0
MAP_FIXED	内存段必须位于start参数指定的地址处，start必须是页大小的整数倍（4K整数倍）
MAP_HUGETLB	按照大内存页面来分配内存空间

fd参数是用来被映射文件对应的文件描述符。通过open系统调用得到。offset设定从何处进行映射。

mmap使用注意事项：

利用mmap进行非血缘进程间通信代码：

 

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/mman.h>
#include<string.h>
 
struct STU
{
    int age;
    char name[20];
    char sex;
};
 
int main(int argc,char *argv[]) //这个进程用于创建映射区进行写。
{
    if(argc != 2)
    {
        printf("./a,out  file");
        exit(1);
    }
 
    struct STU student = {10,"xiaoming",'m'};
 
    int fd = open(argv[1],O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(2);
    }
    ftruncate(fd,sizeof(struct STU)); //文件拓展大小。
    
    struct STU *p = (struct STU*)mmap(NULL,sizeof(struct STU),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);//创建一个结构体大小的共享映射区。共享映射区我们可以当做数组区看待。
    if(p == MAP_FAILED)
    {
        perror("mmap");
        exit(3);
    }
    close(fd); //关闭不用的文件描述符。
    while(1)
    {
        memcpy(p,&student,sizeof(student));
        student.age++;
        sleep(1);
    }
    int ret = munmap(p,sizeof(student));
    if(ret < 0)
    {
        perror("mmumap");
        exit(4);
    }
 
    return 0;
}

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/mman.h>
 
struct STU
{
    int age;
    char name[20];
    char sex;
};
 
int main(int argc,char *argv[]) //这个进程读
{
    if(argc != 2)
    {
        printf("./a,out  file");
        exit(1);
    }
 
 
    int fd = open(argv[1],O_RDONLY,0644);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(2);
    }
    
    struct STU student;
 
    struct STU *p = (struct STU*)mmap(NULL,sizeof(struct STU),PROT_READ,MAP_SHARED,fd,0);
    if(p == MAP_FAILED)
    {
        perror("mmap");
        exit(3);
    }
    close(fd);
    int i = 0;
    while(1)
    {
        
        printf("id = %d\tname = %s\t%c\n",p->age,p->name,p->sex);    
        sleep(2);
    }
    int ret = munmap(p,sizeof(student));
    if(ret < 0)
    {
        perror("mmumap");
        exit(4);
    }
 
    return 0;
}

 

代码截图：

 

分析：因为只创建一个结构体大小的共享内存，后面写入的数据把前面写入的数据覆盖了。

 

shm调用介绍:参见上一篇博客

http://blog.csdn.net/hj605635529/article/details/67636526

 

shm图示例：

 

 

（1）通过int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);在物理内存创建一个共享内存，返回共享内存的编号。
（2）通过void *shmat(int shmid, constvoid shmaddr,int shmflg);连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间
（3）通过void *shmdt(constvoid* shmaddr);断开用户级页表到共享内存的那根箭头。
（4）通过int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds* buf);释放物理内存中的那块共享内存。

 

 

 

总结mmap和shm:
1、mmap是在磁盘上建立一个文件，每个进程地址空间中开辟出一块空间进行映射。
而对于shm而言，shm每个进程最终会映射到同一块物理内存。shm保存在物理内存，这样读写的速度要比磁盘要快，但是存储量不是特别大。
2、相对于shm来说，mmap更加简单，调用更加方便，所以这也是大家都喜欢用的原因。
3、另外mmap有一个好处是当机器重启，因为mmap把文件保存在磁盘上，这个文件还保存了操作系统同步的映像，所以mmap不会丢失，但是shmget就会丢失。