（二十八）进程间通信——内存共享映射mmap和munmap

　　mmap可以把磁盘文件的一部分直接映射到内存，这样文件中的位置直接就有对应的内存地址，对文件的读写可以直接用指针来操做而不需要read/write函数。

#include 

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);

　　
　　如果addr参数为NULL，内核会自己在进程地址空间中选择合适的地址建立映射。如果addr不是NULL，则给内核一个提示，应该从什么地址开始映射，内核会选择addr之上的某个合适的地址开始映射。建立映射后，真正的映射首地址通过返回值可以得到。len参数是需要映射的那一部分文件的长度。off参数是从文件的什么位置开始映射，必须是页大小的整数倍（在32位体系统结构上通常是4K）。filedes是代表该文件的描述符。
　　
prot参数有四种取值：
　　１）PROT_EXEC 表示映射的这一段可执行，例如映射共享库
　　２）PROT_READ 表示映射的这一段可读
　　３）PROT_WRITE 表示映射的这一段可写
　　４） PROT_NONE 表示映射的这一段不可访问
　　　
flag参数有很多种取值，这里只讲两种常用的，其它取值可查看mmap(2)

• MAP_SHARED 多个进程对同一个文件的映射是共享的，一个进程对映射的内存做了修改，另一个进程也会看到这种变化。
• MAP_PRIVATE 多个进程对同一个文件的映射不是共享的，一个进程对映射的内存做了修改，另一个进程并不会看到这种变化，也不会真的写到文件中去。

＊ 如果mmap成功则返回映射首地址，如果出错则返回常数MAP_FAILED。当进程终止时，该进程的映射内存会自动解除，也可以调用munmap解除映射。munmap成功返回0，出错返回-1。
　　
举例：

/* 运行前准备 */
book@ubuntu:~$ vi hello
book@ubuntu:~$ cat hello
helloworld
book@ubuntu:~$ od -tx1 -tc hello
0000000 68 65 6c 6c 6f 77 6f 72 6c 64 0a
        h  e  l  l  o  w  o  r  l  d  \n
0000013

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(void)
{
    int fd, *p, len;
    fd = open("hello",O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }
    //获取文件长度
    len = lseek(fd, 0, SEEK_END);
    //建立映射
    p = mmap(NULL, len, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(p == MAP_FAILED)
    {//如果失败,记住这种检测方式
        perror("mmap");
        exit(1);
    }
    //即使关闭文件也不会释放映射
    close(fd);
    //由于是共享映射,所以映射源也会被修改
    p[0] = 0x30313233;

    munmap(p, len);

    return 0;
}


/* 运行后结果(小端存储的原因) */
book@ubuntu:~$ cat hello
3210oworld
book@ubuntu:~$ od -tx1 -tc hello
0000000 33 32 31 30 6f 77 6f 72 6c 64 0a
        3  2  1  0  o  w  o  r  l  d  \n
0000013

---

---

利用内存映射的特性，也可以用于进程间的通信，但是要注意的是：
1、用于进程间通信时，一般设计成结构体，来传输通信的数据
2、进程间通信的文件，应该设计成临时文件（即创建文件，使用文件，删除文件）
3、 当报总线错误时，优先查看共享文件是否有存储空间

例子：

/* mmap-proc_r.c */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define MAPLEN 0x1000

void sys_err(char *error,int exitno)
{
    perror("error");
    exit(exitno);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    char *mm;
    int fd, i = 0;
    if(argc < 2)
    {
        printf("./app \n");
        exit(1);
    }
    //打开一个文件
    fd = open(argv[1], O_RDWR);
    if(fd < 0)
        sys_err("open", 1);

    /*
     *第一个NULL:  内核在进程地址空间中选择合适的地址建立映射
     *            其返回映射的首地址
     *第二个MAPLEN: 映射的长度是MAPLEN
     *第三个参数:  表示映射的这一页可读，可写
     *第四个MAP_SHARED:  以共享方式打开
     *第五个fd：  将fd映射到该进程中
     *第六个0：   从fd的偏移量为0的位置开始映射
     */
    mm = mmap(NULL, MAPLEN, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(mm == MAP_FAILED)
        sys_err("mmap", 2);

    //读数据
    while(1)
    {
        printf("%s\n", mm);
        sleep(3);
    }

    close(fd);
    munmap(mm, MAPLEN);

    return 0;
}





/* mmap-proc_w.c */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define MAPLEN 0x1000

void sys_err(char *error,int exitno)
{
    perror("error");
    exit(exitno);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    char *mm;
    int fd, i = 0;
    if(argc < 2)
    {
        printf("./app \n");
        exit(1);
    }
    //创建一个文件
    fd = open(argv[1], O_RDWR|O_CREAT,0777);
    if(fd < 0)
        sys_err("open", 1);

    //下面两句话,使创建的文件长度变为4k,这是为了映射4k
    lseek(fd,MAPLEN - 1, SEEK_SET);
    write(fd, "\0", 1);

    /*
     *第一个NULL:   内核在进程地址空间中选择合适的地址建立映射
     *             其返回映射的首地址
     *第二个MAPLEN:  映射的长度是MAPLEN
     *第三个参数:  表示映射的这一页可读，可写
     *第四个MAP_SHARED:  以共享方式打开
     *第五个fd：   将fd映射到该进程中
     *第六个0：    从fd的偏移量为0的位置开始映射
     */
    mm = mmap(NULL, MAPLEN, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(mm == MAP_FAILED)
        sys_err("mmap", 2);

    //写数据
    while(1)
    {
        sprintf(mm, "hello %d\n", i++);
        sleep(3);
    }

    close(fd);
    munmap(mm, MAPLEN);

    return 0;
}


运行方式：
分别编译为mmap-proc_r 和 mmap-proc_ww 可执行文件
在一个文件中输入
$ ./mmap-proc_w share
在另一个终端中输入
$ ./mmap-proc_r share

---

但是在实际的开发过程中常常是用一下的方式进行进程间通信的：

/* process_mmap_w.c */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define MAPLEN 0x1000
struct STU {
    int id;
    char name[20];
    char sex;
};
void sys_err(char *str, int exitno)
{
    perror(str);
    exit(exitno);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct STU *mm;
    int fd, i = 0;
    if (argc < 2) {
        printf("./a.out filename\n");
        exit(1);
    }
    fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, 0777);
    if (fd < 0)
        sys_err("open", 1);
    if (lseek(fd, MAPLEN-1, SEEK_SET) < 0)
        sys_err("lseek", 3);
    if (write(fd, "\0", 1) < 0)
        sys_err("write", 4);
    mm = mmap(NULL, MAPLEN, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (mm == MAP_FAILED)
        sys_err("mmap", 2);
    close(fd);
    while (1) {
        mm->id = i;
        sprintf(mm->name, "zhang-%d", i);
        if (i % 2 == 0)
            mm->sex = 'm';
        else
            mm->sex = 'w';
        i++;
        sleep(1);
    }
    munmap(mm, MAPLEN);
    return 0;
}




/* process_mmap_r.c */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define MAPLEN 0x1000
struct STU {
    int id;
    char name[20];
    char sex;
};
void sys_err(char *str, int exitno)
{
    perror(str);
    exit(exitno);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct STU *mm;
    int fd, i = 0;
    if (argc < 2) {
        printf("./a.out filename\n");
        exit(1);
    }
    fd = open(argv[1], O_RDWR);
    if (fd < 0)
        sys_err("open", 1);
    mm = mmap(NULL, MAPLEN, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (mm == MAP_FAILED)
        sys_err("mmap", 2);
    close(fd);
    unlink(argv[1]);   //删除该文件，收尾工作
    while (1) {
        printf("%d\n", mm->id);
        printf("%s\n", mm->name);
        printf("%c\n", mm->sex);
        sleep(1);
    }
    munmap(mm, MAPLEN);
    return 0;
}