进程间通信--mmap共享内存映射

mmap共享内存映射

mmap是将文件内容映射到共享内存，经过映射之后的文件就可以简单的通过指针的方式对文件内容进行读写操作。这种方式可以用来完成进程间通信，并且在所有进程间通信方式中mmap共享内存映射是最快的一种进程间通信方式。

//包含的头文件
#include 

//函数原型
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
/*
* 参数：
*  addr: 指定映射区的首地址。通常传NULL，让内核自动分配
*  length: 映射区的长度，小于等于文件实际长度
*  port: 共享映射区的读写属性。PORT_READ(只读)、PORT_WRITE (只写)、PORT_READ | PORT_WRITE（读写）
*  flags: 共享内存的共享属性。MAP_SHARED、MAP_PRIVATE、MAP_ANONYMOUS (MAP_ANON)
*  fd: 用于创建共享映射区文件的文件描述符
*  offes: 偏移位置，4K的整数倍
*
* 返回值：
* 	成功，返回映射区的首地址
*  	失败：MAP_FILED, 这个宏展开后是：(void *)(-1) ，同时设置errno
*/
int munmap(void *addr, size_t length);   //释放共享内存映射区

mmap使用时注意事项：

1. 用于创建共享映射区文件长度为0，实际在建立映射区指定非0，出总线错误，SIGBUS。

2. 用于长度为0，实际在建立映射区指定0，mmap函数无效参数错误。

3. 用于创建共享映射区文件以只读方式打开，而实际建立映射区设置为读写，mmap函数无效参数错误。

4. 用于创建共享映射区文件以只写方式打开，在实际建立映射区无论指定何种权限，mmap函数出权限不允许错误，
   由此可以推断出：
   (1)用于创建共享映射区文件打开时必须指定读权限，因为建立共享映射区的时候需要读文件。
   (2)当flags参数指定为MAP_SHARED时,实际建立映射区指定的权限不能超过打开文件时指定的权限。

5. 用于创建共享映射区文件的文件描述符fd，在建立共享映射区之后即可关闭，不影响共享映射区的正常访问。

6. offset必须是4K的整数倍。

7. flags指定为MAP_SHARED，对共享内存所做的修改会反映到磁盘文件，
   如果flags指定为MAP_PRIVATE,对共享内存所做的修改不会反映到磁盘文件。

总结：在使用mmap函数的时候一定要检查函数的返回值，并且通过peeor函数查看具体错误原因，这样会给程序调试带来方便。

demo1: mmap完成父子进程间通信。

//共享内存映射区完成父子进程间通信
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int val = 123;

int main(int argc, char **argv)
{
    unsigned int *mmap_addr = NULL;
    unsigned int len = 0;
    int pid = -1;

    int fd = open("mmap.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open failed");
        exit(1);
    }
    ftruncate(fd, 4);   //把文件长度设置为4

    //建立共享内存映射区
    mmap_addr = (unsigned int *)mmap(NULL, 4, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(NULL == mmap_addr)
    {
        perror("mmap failed");
        exit(1);
    }
    close(fd);          //此时关闭文件不影响对共享映射区的操作

    pid = fork();
    if(pid > 0)    		//父进程
    {
        sleep(1);
        printf("dat = %d, val = %d\n", *mmap_addr, val);
        wait(NULL);
    }
    else if(pid == 0)	//子进程
    {
        val = 321;		//子进程对全局变量写操作
        *mmap_addr = 255;
        printf("dat = %d, val = %d\n", *mmap_addr, val);
    }
    else
    {
        perror("fork failed");
        exit(1);
    }
    munmap(mmap_addr, 4);

    return 0;
}

demo2：mmap完成没有血缘关系进程间的通信，由两个应用程序mmap_w.c和mmap_r.c共同完成。

//mmap_w.c
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

struct student 
{
    int ID;
    char name[50];
    int age;
};

int main(int argc, char **argv)
{
    struct student student = {
        .ID = 0,
        .name = "James",
        .age = 18,
    };

    struct student *mmap_addr = NULL;
    unsigned int len = sizeof(struct student);

    int fd = open("mmap.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open failed");
        exit(1);
    }
    ftruncate(fd, len);

    //建立共享内存映射区
    mmap_addr = (struct student *)mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(NULL == mmap_addr)
    {
        perror("mmap failed");
        exit(1);
    }
    close(fd);          //此时关闭文件不影响对共享映射区的操作

    while(1)
    {
        memcpy(mmap_addr, &student, len);
        student.ID++;
        sleep(1);
    }
    
    munmap(mmap_addr, len);

    return 0;
}

//mmap_r.c
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

struct student 
{
    int ID;
    char name[50];
    int age;
};

int main(int argc, char **argv)
{
    struct student *mmap_addr = NULL;
    unsigned int len = sizeof(struct student);

    int fd = open("mmap.txt", O_RDONLY, 0644);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open failed");
        exit(1);
    }

    //建立共享内存映射区
    mmap_addr = (struct student *)mmap(NULL, len, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(NULL == mmap_addr)
    {
        perror("mmap failed");
        exit(1);
    }
    close(fd);          //此时关闭文件不影响对共享映射区的操作

    while(1)
    {
        printf("ID = %d, name = %s, age = %d\n", mmap_addr->ID, mmap_addr->name, mmap_addr->age);
        sleep(1);
    }
    
    munmap(mmap_addr, len);

    return 0;
}