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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学习直通车:Linux内核源码/内存调优/文件系统/进程管理/设备驱动/网络协议栈
原文作者:精通Linux内核
原文地址:Linux内核:进程管理——进程内存映射 - 知乎(版权归原文作者所有,侵权留言联系删除)