进程间通信之共享内存－系统调用mmap详解(基础篇)

　　　　　　　　IPC－进程间通信之共享内存－系统调用mmap详解(基础篇)
(一)　系统调用和System V共享内存介绍
管道和消息队列等通信方式，需要在内核和用户空间进行四次的数据拷贝;而共享内存只拷贝两次数据,一次从输入文件到共享内存区，另一次从共享内存区到输出文件; 进程之间在共享内存时，一直保持共享区域，直到通信完毕为止，这样，数据内容一直保存在共享内存中，并没有写回文件。共享内存中的内容往往是在解除映射时才写回文件的。因此，采用共享内存的通信方式效率是非常高的。 Linux内核支持多种共享内存方式，如mmap()系统调用，Posix共享内存，以及System V共享内存。linux发行版本支持mmap()系统调用及System V共享内存，但还没实现Posix共享内存.

(二)系统调用mmap()
　　系统调用mmap()使得进程之间通过映射同一个普通磁盘文件实现共享内存。如果采用MAP_SHARE共享内存，则对映射区域的写入数据会复制回磁盘文件内，而且允许其他映射该文件的进程共享， 原来的文件会改变。
　　mmap最大的优势，就是映射文件到进程后,可以直接操作这段虚拟地址进行文件的读写操作,如常通过strxxx,memxxx函数完成，不必再调用read,write等系统调用.但需注意,直接对该段内存写时不会写入超过当前文件大小的内容.
函数原型
void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset ) ;
函数入参：
　 fd：即将映射到进程空间的文件描述符，可见要用fd，必须在open一个磁盘文件返回，同时，fd可以指定为-1，此时须指定flags参数中的MAP_ANON，表明进行的是匿名映射（不涉及具体的文件名，避免了文件的创建及打开，很显然只能用于具有亲缘关系的进程间通信）；
　 len：映射到进程地址空间的字节数，它从被映射磁盘文件开头offset个字节开始算起;
　 prot：指定共享内存的访问权限。可取如下几个值的或：PROT_READ（页可读） , PROT_WRITE （页可写）, PROT_EXEC （页可执行）, PROT_NONE（页不可访问）,默认页大小４Ｋ，所以len最好为4K整数倍，并且要注意与磁盘文件权限的匹配；
flag:由以下几个常值指定：MAP_SHARED , MAP_PRIVATE , MAP_FIXED，其中，MAP_SHARED , MAP_PRIVATE必选其一，而MAP_FIXED则不推荐使用
　offset: 一般设为0，表示从文件头开始映射;
　addr: 指定文件应被映射到进程空间的起始地址，一般被指定一个空指针，此时选择起始地址的任务留给内核来完成。
函数返回值：
　　最后文件映射到进程空间的地址;

int munmap(void *addr, size_t length);
该调用在进程地址空间中解除一个映射关系,并将内存中数据写入到磁盘文件中。当映射关系解除后，对原来映射地址的访问将导致段错误发生。
函数入参：
addr是调用mmap()时返回的地址;
length是映射区的大小。
函数返回值：
　　成功返回0，出错返回-1。

int msync ( void * addr , size_t len, int flags) ;
调用msync()实现磁盘上文件内容与共享内存区的内容一致；
函数入参：
addr是调用mmap()时返回的地址;
length是映射区的大小。
Flags:写回动作设置
　　MS_ASYNC : 异步写，Kernel立即将资料写入返回。
　　MS_SYNC : 同步写，在msync结束返回前，将资料写入。
　　MS_INVALIDATE : 让核心自行决定是否写入，仅在特殊状况下使用。
函数返回值：
　　成功返回0，出错返回-1。
http://man7.org/linux/man-pages/man2/mmap.2.html


(三)　应用实例
范例1: 通过共享映射的方式修改文件
　　创建一个磁盘文件hellowrold,内容为helloworld!，然后分别使用msync和munmap函数，修改此磁盘文件。
源代码：

#include 
#include 
#include 
int main(void)
{
    int *p;
    int fd = open("helloworld", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        exit(1);
    }
    p = mmap(NULL,4096, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (p == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(1);
    }
    close(fd);
    /* 两种方式实现修改　大家可以体会一下　*/
    p[0] = 0x30313233;
    //if ((msync((void *)p, 4096, MS_SYNC)) == -1) {  
    //    perror("msync");  
    //} 
    munmap(p, 4096);
    return 0;
}

调试：

总结：
１．映射磁盘文件到进程后,就可以直接操作这段虚拟地址进行文件的读写操作；
２．所有对mmap()返回地址空间的操作 只在内存中有意义，只有在调用了munmap()后或者msync()时，才把内存中的相应内容写回磁盘文件，所写内容仍然不能超过文件的大小