Linux内核：进程管理——进程内存映射

这篇文章介绍内存映射，内存映射在多进程访问文件读写的时候非常方便。

1. 内存映射mmap函数介绍

mmap函数可以将磁盘上的文件映射到内存空间中，返回映射的首地址。

相关函数: mmap munmap msync

函数原型与参数介绍：

#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
int msync(const void *start, size_t length, int flags);	
函数功能: 把对内存区域所做的更改同步到文件

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);
函数功能: 用来将某个文件内容映射到内存中，对该内存区域的存取即是直接对该文件内容的读写。通过这样可以加快文件访问速度。
返回值：成功返回映射的内存的起始地址。
(1)	第一个参数start指向欲对应的内存起始地址，通常设为NULL，代表让系统自动选定地址，对应成功后该地址会返回。
(2)	第二个参数length代表将文件中多大的部分对应到内存。
(3)	第三个参数prot代表映射区域的保护方式有下列组合：
PROT_EXEC 映射区域可被执行
PROT_READ 映射区域可被读取
PROT_WRITE 映射区域可被写入
PROT_NONE 映射区域不能存取
(4)	第四个参数 flags会影响映射区域的各种特性：
MAP_FIXED  	如果参数start所指的地址无法成功建立映射时，则放弃映射，不对地址做修正。通常不鼓励用此旗标。
MAP_SHARED  对映射区域的写入数据会复制回文件内，而且允许其他映射该文件的进程共享。
MAP_PRIVATE 对映射区域的写入操作会产生一个映射文件的复制，即私人的“写入时复制”, 对此区域作的任何修改都不会写回原来的文件内容。
MAP_ANONYMOUS 	建立匿名映射。此时会忽略参数fd，不涉及文件，而且映射区域无法和其他进程共享。
MAP_DENYWRITE 	只允许对映射区域的写入操作，而不能对fd指向的文件进行读写，对该文件直接写入的操作将会被拒绝。
MAP_LOCKED  	将映射区域锁定住，这表示该区域不会被置换（swap）。
在调用mmap()时必须要指定MAP_SHARED 或MAP_PRIVATE。
  
(5)	第五个参数fd为open()返回的文件描述词，代表欲映射到内存的文件。
(6)	第六个参数offset为文件映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必须是分页大小的整数倍。
  
用法示例:
fb_mem=mmap(NULL,smem_len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fb,0);
  
int munmap(void *addr, size_t length);
函数功能: 取消映射，用来取消参数start所指的映射内存起始地址，参数length则是欲取消的内存大小。当进程结束，映射内存会自动解除，但关闭对应的文件描述词时不会解除映射。返回值：如果解除映射成功则返回0，否则返回－1。
通过内存映射进行进程通信，多个进程可以同时映射同一个文件到内存空间，只要一个进程对文件进行了修改，其他进程都可以得到修改的数据。
注意: 打开文件的权限需要与映射的权限一致！

2. 案例代码: mmap用法示例(1)

下面代码的功能: 创建一个新文件，设置文件大小，使用mmap函数映射文件地址出来，对地址直接拷贝数据进入，再取消映射。这时再打开文件，数据已经存放到到文件中了。演示通过mmap映射文件地址方式读写文件。

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

int main(int argc,char **argv)
{
    if(argc!=2)
    {
        printf("./a.out <文件>\n");
        return 0;
    }
    /*1. 创建一个文件*/
    int fd;
    fd=open(argv[1],O_RDWR|O_CREAT,S_IRWXU);
    if(fd<0)
    {
        printf("%s 文件打开失败.\n",argv[1]);
        return 0;
    }
    /*2. 设置文件的大小*/
    ftruncate(fd, 1024);
    /*3. 获取文件大小*/
    struct stat s_buf;
    fstat(fd,&s_buf);
    printf("文件的大小:%d Byte\n",s_buf.st_size);
    /*4. 映射文件到内存空间*/
    unsigned char *mem_p=NULL;
    mem_p=mmap(NULL,s_buf.st_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
    if(mem_p==NULL)
    {
        printf("文件映射失败.\n");
        close(fd);
        return 0;
    }
    /*5. 关闭文件*/
    close(fd);
    /*6. 实现文件读写*/
    strcpy(mem_p,"mmap函数测试.实现文件读写.");
    /*7. 打印文件里的内容*/
    printf("mem_p=%s\n",mem_p);
    /*8. 取消映射*/
    munmap(mem_p,s_buf.st_size);
    return 0;
}

3. 案例代码: mmap用法示例(2)

下面代码的功能: 程序运行时，从命令行传入一个存在的文件路径进去，再调用open打开文件，再通过mmap映射文件地址，得到地址之后向文件拷贝一串字符串数据进去。

注意: 通过mmap映射的地址写数据一定要保证范围不能超过文件的本身大小范围。超过就段错误了。

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

char buff[]="内存映射测试";
int main(int argc,char **argv)
{
	if(argc!=2)
	{
		printf("./app <文件>\n");
		return 0;
	}
	char *m_p;
	struct stat stat_buf;
	stat(argv[1],&stat_buf);
	int fd=open(argv[1],O_RDWR);
	m_p=mmap(0,stat_buf.st_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
	if(m_p!=NULL)printf("映射成功!\n");
	printf("m_p=%s\n",m_p);
	//memset(m_p,0,stat_buf.st_size);
	memcpy(m_p,buff,strlen(buff));
	munmap(m_p,stat_buf.st_size);
	close(fd);
	return 0;
}

4. 案例代码: 多进程并发拷贝一个大文件

代码要求: 使用mmap函数映射文件到内存。 memcpy()
使用多进程并发拷贝一个大文件,巩固mmap的用法
详细要求: 创建5个子进程同时拷贝一个文件，每个进程拷贝文件的一部分。
设置指定文件的大小：int truncate(const char *path, off_t length)

拷贝结构图如下:

示例代码:

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原文作者：精通Linux内核

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