Linux - 文件映射虚拟内存 (mmap)
1. 概述
把硬盘数据搬到内存中去操作的方式被称为文件映射虚拟内存，由于内存访问的特殊性，数据到了内存后可提高访问和操作的速率。
2. 函数介绍
mmap（）函数功能：将物理内存映射为虚拟内存，为了提高效率
void* mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);参数1: 映射区的开始地址,设置为0(NULL)时由系统决定映射开始地址
参数2: 映射区的长度
参数3: 期望的内存保护方式,不能与文件的打开模式冲突,它的值可以是下面值的组合
PROT_EXEC //映射页内容可被执行
PROT_WRITE //映射页可被写入
PROT_READ //映射页可被读取
PROT_NONE //映射页不可访问参数4: 指定映射对象的类型,映射选项和映射页是否可以共享,它的值可以是下面值的组合
MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。
MAP_SHARED //与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。
MAP_PRIVATE //建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个。
MAP_DENYWRITE //这个标志被忽略。
MAP_EXECUTABLE //这个标志被忽略。
MAP_NORESERVE //不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。
MAP_LOCKED //锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。
MAP_GROWSDOWN //用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。
MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射区不与任何文件关联。
MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。
MAP_FILE //兼容标志，被忽略。
MAP_32BIT //将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。
MAP_POPULATE //为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。
MAP_NONBLOCK //仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。参数5: 文件描述符fd
参数6: 被映射文件的起始映射位置(即文件的偏移量)
munmap（）函数功能：卸载映射
int munmap(void *start, size_t length);参数1: mmap()函数返回的地址
参数2: 映射虚拟内存的长度
函数返回值:
成功时: mmap函数返回被映射区的指针, munmap()返回0
失败时: mmap函数返回MAP_FAILED(void*)-1,munmap函数返回-1
3. 文件写入模型
- 打开文件 open()
- 修改文件大小 ftruncate()
- 挂载映射 mmap()
- 使用虚拟内存 指针方式
- 卸载映射 munmap()
- 关闭文件 close()
示例代码:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
struct student{
int id;
char name[20];
int age;
double score;
};
int main(){
//1.打开文件
int fd = open("stu.dat",O_CREAT | O_RDWR);
if(-1 == fd)
printf("文件打开失败!\n"),exit(-1);
else
printf("文件打开成功!\n");
//2.修改文件大小
ftruncate(fd, 3*sizeof(struct student));
//3.挂载映射
struct student* p = mmap(NULL,3*sizeof(struct student),PROT_WRITE|PROT_READ,
MAP_SHARED,fd,0);
if((void*)-1 == p)
printf("映射虚拟内存失败:%m\n"),close(fd),exit(-1);
printf("映射虚拟内存成功!\n");
//4.使用虚拟内存
struct student* pp = p;
pp->id = 1;
strcpy(pp->name,"张三");
pp->age = 33;
pp->score = 1.33;
pp++;
pp->id = 2;
strcpy(pp->name,"李四");
pp->age = 44;
pp->score = 1.44;
pp++;
pp->id = 3;
strcpy(pp->name,"王二");
pp->age = 22;
pp->score = 1.22;
printf("数据写入完成!\n");
//5.卸载映射
int ret = munmap(p,3*sizeof(struct student));
if(ret){
printf("卸载失败\n"),exit(-1);
}else{
printf("卸载成功\n");
}
//6.关闭文件
close(fd);
return 0;
}运行结果:
4. 文件读取模型
- 打开文件 open()
- 挂载映射 mmap()
- 使用虚拟内存 指针方式
- 卸载映射 munmap()
- 关闭文件 close()
示例代码:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
struct student{
int id;
char name[20];
int age;
double score;
};
int main(){
//打开文件
int fd = open("stu.dat",O_RDONLY);
if(-1 == fd)
printf("文件打开失败:\n"),exit(-1);
printf("文件打开成功:\n");
//挂载映射
struct student* p = mmap(NULL,3*sizeof(struct student),PROT_READ,
MAP_SHARED,fd,0);
//读取数据
struct student* pp = p;
for(int i = 0;i < 3; i++){
printf("%d:%s:%d:%g\n",pp->id,pp->name,pp->age,pp->score);
pp++;
}
//卸载映射
munmap(p,3*sizeof(struct student));
//关闭文件
close(fd);
return 0;
}运行结果:
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