Linux ---- 内存映射

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。

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头文件包含 #include <sys/mman.h>

相关函数

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
                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）
- 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

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <sys/mman.h>
 3 #include <fcntl.h>
 4 #include <sys/types.h>
 5 #include <unistd.h>
 6 #include <string.h>
 7 #include <stdlib.h>
 8 #include <wait.h>
 9 
10 // 作业:使用内存映射实现没有关系的进程间的通信。
11 int main() {
12 
13     // 1.打开一个文件
14     int fd = open("test.txt", O_RDWR);
15     int size = lseek(fd, 0, SEEK_END);  // 获取文件的大小
16 
17     // 2.创建内存映射区
18     void *ptr = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
19     if(ptr == MAP_FAILED) {
20         perror("mmap");
21         exit(0);
22     }
23 
24     // 3.创建子进程
25     pid_t pid = fork();
26     if(pid > 0) {
27         wait(NULL);
28         // 父进程
29         char buf[64];
30         strcpy(buf, (char *)ptr);
31         printf("read data : %s\n", buf);
32        
33     }else if(pid == 0){
34         // 子进程
35         strcpy((char *)ptr, "nihao a, son!!!");
36     }
37 
38     // 关闭内存映射区
39     munmap(ptr, size);
40 
41     return 0;
42 }

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, 建议open()函数中的权限和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，对映射没有任何影响。

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