Linux进程通信——共享内存（共享存储映射）

共享存储映射

• 文件进程间通信
  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。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。
  使用这种方法，首先应通知内核，将一个指定文件映射到存储区域中。这个映射工作可以通过mmap函数来实现。
  

• mmap函数
  1、void *mmap(void *adrr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
  2、返回值：成功：返回创建的映射区首地址；失败：MAP_FAILED宏
  3、参数：
  addr: 建立映射区的首地址，由Linux内核指定。使用时，直接传递NULL
  length： 欲创建映射区的大小
  prot： 映射区权限PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE
  flags： 标志位参数(常用于设定更新物理区域、设置共享、创建匿名映射区)
  MAP_SHARED: 会将映射区所做的操作反映到物理设备（磁盘）上。
  MAP_PRIVATE: 映射区所做的修改不会反映到物理设备。
  fd： 用来建立映射区的文件描述符
  offset： 映射文件的偏移(4k的整数倍)

• munmap函数

  1、同malloc函数申请内存空间类似的，mmap建立的映射区在使用结束后也应调用类似free的函数来释放。
  int munmap(void *addr, size_t length); 成功：0； 失败：-1
  2、借鉴malloc和free函数原型，尝试装自定义函数smalloc，sfree来完成映射区的建立和释放。思考函数接口该如何设计？

• mmap注意事项
  总结：使用mmap时务必注意以下事项：

• 创建映射区的过程中，隐含着一次对映射文件的读操作。

• 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。

• 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。

• 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。

• munmap传入的地址一定是mmap的返回地址。坚决杜绝指针++操作。

• 如果文件偏移量必须为4K的整数倍

• 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。
  mmap父子进程通信
  父子等有血缘关系的进程之间也可以通过mmap建立的映射区来完成数据通信。但相应的要在创建映射区的时候指定对应的标志位参数flags：
  MAP_PRIVATE: (私有映射) 父子进程各自独占映射区；
  MAP_SHARED: (共享映射) 父子进程共享映射区；
  结论：父子进程共享：1. 打开的文件 2. mmap建立的映射区(但必须要使用MAP_SHARED)

• 匿名映射

  1、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。
  2、使用MAP_ANONYMOUS (或MAP_ANON)， 如:
  int *p = mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
  “4"随意举例，该位置表大小，可依实际需要填写。
  需注意的是，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。
  ① fd = open(”/dev/zero", O_RDWR);
  ② p = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MMAP_SHARED, fd, 0);

• mmap无血缘关系进程间通信
  实质上mmap是内核借助文件帮我们创建了一个映射区，多个进程之间利用该映射区完成数据传递。由于内核空间多进程共享，因此无血缘关系的进程间也可以使用mmap来完成通信。只要设置相应的标志位参数flags即可。若想实现共享，当然应该使用MAP_SHARED了。

• 上代码小应用

• 父子进程通信