Linux系统编程-进程（四）-进程间通讯-同主机-方式02：共享内存、共享存储映射（mmap函数）

本是古典何须时尚 2023-09-27 11:17 132阅读 0赞

## 一、概述 ##

存储映射I/O (Memory-mapped I/O) 使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区相映射。

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于是当从缓冲区中取数据，就相当于读文件中的相应字节。于此类似，将数据存入缓冲区，则相应的字节就自动写入文件。这样，就可在不适用read和write函数的情况下，使用地址（指针）完成I/O操作。

共享内存可以说是最有用的进程间通信方式，也是最快的IPC形式, 因为进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。

## 二、存储映射函数 ##

### 1、mmap函数 ###

#include <sys/mman.h>
    
    void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
    功能:
        一个文件或者其它对象映射进内存
    参数：
        addr :  指定映射的起始地址, 通常设为NULL, 由系统指定
        length：映射到内存的文件长度
        prot：  映射区的保护方式, 最常用的 :
            a) 读：PROT_READ
            b) 写：PROT_WRITE
            c) 读写：PROT_READ | PROT_WRITE
        flags：  映射区的特性, 可以是
            a) MAP_SHARED : 写入映射区的数据会复制回文件, 且允许其他映射该文件的进程共享。
            b) MAP_PRIVATE : 对映射区的写入操作会产生一个映射区的复制(copy - on - write), 对此区域所做的修改不会写回原文件。
        fd：由open返回的文件描述符, 代表要映射的文件。
        offset：以文件开始处的偏移量, 必须是4k的整数倍, 通常为0, 表示从文件头开始映射
    返回值：
        成功：返回创建的映射区首地址
        失败：MAP_FAILED宏

**关于mmap函数的使用总结：**

*  1) 第一个参数写成NULL
 *  2) 第二个参数要映射的文件大小 > 0
 *  3) 第三个参数：PROT\_READ 、PROT\_WRITE
 *  4) 第四个参数：MAP\_SHARED 或者 MAP\_PRIVATE
 *  5) 第五个参数：打开的文件对应的文件描述符
 *  6) 第六个参数：4k的整数倍，通常为0

### 2、munmap函数 ###

#include <sys/mman.h>
    
    int munmap(void *addr, size_t length);
    功能：
        释放内存映射区
    参数：
        addr：使用mmap函数创建的映射区的首地址
        length：映射区的大小
    返回值：
        成功：0
        失败：-1

## 三、注意事项 ##

1) 创建映射区的过程中，隐含着一次对映射文件的读操作。

2) 当MAP\_SHARED时，要求：映射区的权限应 <=文件打开的权限(出于对映射区的保护)。而MAP\_PRIVATE则无所谓，因为mmap中的权限是对内存的限制。

3) 映射区的释放与文件关闭无关。只要映射建立成功，文件可以立即关闭。

4) 特别注意，当映射文件大小为0时，不能创建映射区。所以，用于映射的文件必须要有实际大小。mmap使用时常常会出现总线错误，通常是由于共享文件存储空间大小引起的。

5) munmap传入的地址一定是mmap的返回地址。坚决杜绝指针++操作。

6) 如果文件偏移量必须为4K的整数倍。

7) mmap创建映射区出错概率非常高，一定要检查返回值，确保映射区建立成功再进行后续操作。

## 四、共享映射的方式操作文件 ##

int fd = open("xxx.txt", O_RDWR); //读写文件
        int len = lseek(fd, 0, SEEK_END);   //获取文件大小
    
        //一个文件映射到内存，ptr指向此内存
        void * ptr = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
        if (ptr == MAP_FAILED)
        {
            perror("mmap error");
            exit(1);
        }
    
        close(fd); //关闭文件
    
        char buf[4096];
        printf("buf = %s\n", (char*)ptr); // 从内存中读数据，等价于从文件中读取内容
    
        strcpy((char*)ptr, "this is a test");//写内容
    
        int ret = munmap(ptr, len);
        if (ret == -1)
        {
            perror("munmap error");
            exit(1);
        }

## 五、共享映射实现父子进程通信 ##

int fd = open("xxx.txt", O_RDWR);// 打开一个文件
        int len = lseek(fd, 0, SEEK_END);//获取文件大小
    
        // 创建内存映射区
        void *ptr = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
        if (ptr == MAP_FAILED)
        {
            perror("mmap error");
            exit(1);
        }
        close(fd); //关闭文件
    
        // 创建子进程
        pid_t pid = fork();
        if (pid == 0) //子进程
        {
            sleep(1); //演示，保证父进程先执行
    
            // 读数据
            printf("%s\n", (char*)ptr);
        }
        else if (pid > 0) //父进程
        {
            // 写数据
            strcpy((char*)ptr, "i am u father!!");
    
            // 回收子进程资源
            wait(NULL);
        }
    
        // 释放内存映射区
        int ret = munmap(ptr, len);
        if (ret == -1)
        {
            perror("munmap error");
            exit(1);
        }

## 六、匿名映射实现父子进程通信 ##

![ec4bae994135465cbccc01a2f6782b77.png][] 父子进程使用存储映射实现进程间通信

通过使用我们发现，使用映射区来完成文件读写操作十分方便，父子进程间通信也较容易。但缺陷是，每次创建映射区一定要依赖一个文件才能实现。

通常为了建立映射区要open一个temp文件，创建好了再unlink、close掉，比较麻烦。 可以直接使用匿名映射来代替。

其实Linux系统给我们提供了创建匿名映射区的方法，无需依赖一个文件即可创建映射区。同样需要借助标志位参数flags来指定。

使用**MAP\_ANONYMOUS (或MAP\_ANON)**。

`int *p = mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);`

*  4"随意举例，该位置表示映射区大小，可依实际需要填写。
 *  MAP\_ANONYMOUS和MAP\_ANON这两个宏是Linux操作系统特有的宏。在类Unix系统中如无该宏定义，可使用如下两步来完成匿名映射区的建立。

程序示例：

// 创建匿名内存映射区
        int len = 4096;
        void *ptr = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANON, -1, 0);
        if (ptr == MAP_FAILED)
        {
            perror("mmap error");
            exit(1);
        }
    
        // 创建子进程
        pid_t pid = fork();
        if (pid > 0) //父进程
        {
            // 写数据
            strcpy((char*)ptr, "hello mike!!");
            // 回收
            wait(NULL);
        }
        else if (pid == 0)//子进程
        {
            sleep(1);
            // 读数据
            printf("%s\n", (char*)ptr);
        }
    
        // 释放内存映射区
        int ret = munmap(ptr, len);
        if (ret == -1)
        {
            perror("munmap error");
            exit(1);
        }

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