mmap 基本使用
mmap 基本使用
文章目录
- mmap 基本使用
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- 简介
- 小知识
- 1. 正常系统调用写文件流程图
- 2. mmap内存映射写文件流程图
- 3. mmap函数说明
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- 3.1 头文件
- 3.2 创建内存映射mmap
- 3.3 释放内存映射
- 4. 基础使用
- 5. mmap的使用注意事项
- 6. mmap父子进程间通信
- 7. mmap无血缘关系的进程间通信
- 8.匿名映射
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简介
mmap主要用来做内存映射的，可以将虚拟内存和磁盘上的文件直接映射。正常来说我们在写文件读文件的时候是需要使用系统调用api来进行，比如说read/write，这两个系统调用读写文件的方式是需要进行两次拷贝的，从用户空间拷贝到内核空间，然后从内核空间再拷贝到磁盘，而mmap将文件的地址直接映射到虚拟内存，这样，我们直接往这个地址读/写内容，可以像操作malloc申请出来的空间地址一样，写到这个地址，内容就直接在文件中了，减少了一次拷贝，提高了效率。这样一个公共的内存区域，也可以用来进程间通信。linux的共享内存就是这样的。Android的binder也是这一个原理，所以在这里记录一下mmap的基础使用，以及各个参数的含义，对学习进程间通信以及Android的binder有一定的帮助。
小知识
只要带系统，基本上都会将实际的物理内存映射成虚拟内存(这个玩意儿叫MMU)，一是方便管理，二是安全，这也是为什么我们理论上32位程序都可以访问到4G的地址空间的原因，如果都是物理地址，那每个程序对应的地址就是确定的，个人理解，有用就看看
1. 正常系统调用写文件流程图
我们调用write函数时，由于用户空间和系统空间是隔离的，另外就是我们程序中的地址都是虚拟地址，没有办法直接将内容写到文件中的，而是先写到内核缓冲区，然后再由内核写到文件中，进行了两次拷贝。
2. mmap内存映射写文件流程图
使用mmap进行映射后，我们会得到一个和磁盘上某一个文件的地址相同的地址，当我们往这个地址写文件的时候，内容将直接写到文件中，这里和上面相比减少了一次拷贝
3. mmap函数说明
3.1 头文件
#include
3.2 创建内存映射mmap
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
int fd, off_t offset);
参数说明：
addr: 入参,如果这个地址为null那么内核将自己为你指定一个地址，如果不为null，将使用这个地址作为映射区的起始地址
length： 映射区的大小（<=文件的大小）
prot: 访问属性，一般用PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE
flags:这个参数是确定映射的更新是否对映射相同区域的其他进程可见，以及是否对基础文件进行更新
MAP_SHARED： 共享此映射，映射的更新对映射相同区域的其他进程可见
MAP_PRIVATE: 创建写时专用拷贝映射，映射的更新对映射的其他进程不可见，相同的文件，并且不会传递到基 础文件。
我们一般用MAP_SHARED，这两个权限是限制内存的，而不限制文件
fd： 被映射的文件句柄
offset： 默认为0，表示映射文件全部。偏移未知，需要时4K的整数倍。
返回值：成功：被映射的首地址 失败：MAP_FAILED (void *)-1
3.3 释放内存映射
int munmap(void *addr, size_t length);
参数说明：
addr: 被映射的首地址
length: 映射的长度
返回值： 0:成功 -1：失败
4. 基础使用
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, const char *argv[])
{
char *p = NULL;
int fd = -1;
// 打开文件
fd = open("temp", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, 0644);
if (-1 == fd)
{
printf("文件打开失败...\n");
return -1;
}
// 因为我们文件不能是一个0大小的文件，所以我们需要修改文件的大小
// 有两种方式：leek，write，或者ftruncate都可以
/*
// 改变一个文件的读写指针
lseek(fd, 1023, SEEK_END);
// 写入一个结束符\0
write(fd, "\0", 1);
*/
// 我们还是用这种，比较方便，直接就修改了，和上面效果一样
ftruncate(fd, 1024);
// 创建一个内存映射，让内和指定一个映射地址，大小为1024，可读可写，共享，映射到这个fd上
p = mmap(NULL, 1024, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (p == MAP_FAILED)
{
printf("mmap failed\n");
close(fd);
return -1;
}
// 拿到地址之后我们就可以像操作普通地址一样写数据，读数据了，例如memcpy，strcpy等等
memcpy(p, "hello world", sizeof("hello world"));
// 读数据
printf("p = %s\n",p);
// 最后释放这个映射
if (munmap(p, 1024) == -1)
{
printf("munmap failed\n");
close(fd);
return -1;
}
close(fd);
return 0;
}
gcc mmap.c 进行编译
得到可执行文件a.out
./a.out 可以得到执行结果
p = hello world
然后看当前文件夹下会出现一个temp的文件
我们直接用cat命令进行输出：
我们会发现其实是和程序输出的一样的，到这里，基本使用就结束了。
5. mmap的使用注意事项
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能使用创建出来的新文件进行映射吗？
答案：能，但是需要修改文件的大小，如果不修改则会出现总线错误，程序如下:
#include#include #include #include #include #include int main(int argc, const char *argv[]) { char *p = NULL; int fd = -1; // 打开文件 fd = open("temp", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, 0644); if (-1 == fd) { printf("文件打开失败...\n"); return -1; } // 因为我们文件不能是一个0大小的文件，所以我们需要修改文件的大小 // 有两种方式：leek，write，或者ftruncate都可以 /* // 改变一个文件的读写指针 lseek(fd, 1023, SEEK_END); // 写入一个结束符\0 write(fd, "\0", 1); */ // 我们还是用这种，比较方便，直接就修改了，和上面效果一样 // TODO ftruncate(fd, 1024); // 主要修改了这行，我们不进行文件大小调整，那么文件大小就是0 // 创建一个内存映射，让内和指定一个映射地址，大小为1024，可读可写，共享，映射到这个fd上 p = mmap(NULL, 1024, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); if (p == MAP_FAILED) { printf("mmap failed\n"); close(fd); return -1; } // 拿到地址之后我们就可以像操作普通地址一样写数据，读数据了，例如memcpy，strcpy等等 memcpy(p, "hello world", sizeof("hello world")); // 读数据 printf("p = %s\n",p); // 最后释放这个映射 if (munmap(p, 1024) == -1) { printf("munmap failed\n"); close(fd); return -1; } close(fd); return 0; } 和基础使用例子一样，只是注释了修改文件大小的逻辑ftruncate(fd, 1024)，这样新创建的文件大小就是0，
我们编译运行，如下图：Bus error
所以结论就是：创建映射区的文件大小为0，而指定的大小非零的时候会出现总线错误
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创建映射区的文件大小为0，实际指定映射区的大小为0
得到的结果：无效的参数
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如果打开文件时flag为O_RDONLY，mmap时PROT参数为PROT_READ|PROT_WRITE会怎样？
得到的结果：无效的参数
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如果打开文件时flag为O_RDONLY(新文件不行，需要一个有文件大小的文件)，mmap时PROT参数为PROT_READ会怎样？
得到的结果：在写数据的时候段错误
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如果打开文件时flag为O_WRONLY(新文件不行，需要一个有文件大小的文件)，mmap时PROT参数为PROT_WRITE会怎样？
得到的结果：没有权限，mmap在创建的时候需要读权限,mmap的读写权限应该小于等于文件的打开权限,文件至少必须要有读权限。（前提是MAP_SHARED 模式下）
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文件描述符fd，在mmap创建映射区完成即可关闭，后续访问文件，用地址访问。
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如果offset是1000会怎么样？
得到的结果：无效的参数，必须是4K的整数倍(这个跟MMU有关，MMU映射的最小单位就是4K)
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对mmap越界操作会怎样？
得到的结果：段错误，mmap映射以页为单位，就是说得到的空间的大小是4096的倍数，举个例子就是你申请了10个字节，但系统会给你申请4096，因为不够一页(4k),如果你申请4097，那么会给你申请两个页,所以才会发现你申请10个空间却能写如20个或者4096以下的字节数也不会崩溃的原因。
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对mmap++是否还能munmap成功
得到的结果：不能，无效的参数，首地址变了，munmap必须释放申请的地址
6. mmap父子进程间通信
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
// 全局变量 var
int var = 100;
int main(int argc, const char *argv[])
{
int *p;
pid_t pid;
int ret = 0;
int fd;
// 打开一个文件
fd = open("temp", O_RDWR|O_TRUNC, 0644);
if (fd < 0)
{
perror("open error");
exit(1);
}
// truncate文件大小
ftruncate(fd, 4);
// 创建映射区
p = (int *)mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (p == MAP_FAILED)
{
perror("mmap error");
exit(1);
}
// 关闭fd，mmap创建成功后就可以关闭了，因为直接使用地址了，不需要fd了
close(fd);
// fork一个进程
pid = fork();
if (pid == 0) // 子进程
{
*p = 2000;
var = 1000;
printf("child *p = %d, var = %d\n", *p, var);
}else{ // 父进程
sleep(1); // 休眠一秒，让子进程先执行
printf("parent *p = %d, var = %d\n", *p, var);
wait(NULL); // 回收子进程
// 释放共享内存
if (munmap(p, 4) == -1)
{
perror("munmap error");
exit(1);
}
}
return 0;
}
结果：
结果发现p指向的地址的内容改掉了，而var没有被改掉(对于父子进程共享的东西是读共享，写复制)
7. mmap无血缘关系的进程间通信
写进程，循环写这个结构体大小的数据到共享内存
#include 读进程，循环从共享内存中读
#include 一个读端一个写端执行结果如下：
一个写端多个读端执行结果如下：
多个写端一个读端：
8.匿名映射
前面我们每次使用共享内存时，都会创建一个文件，这样会造成垃圾文件，接下来我们使用unlink把创建的文件删除掉，创建完就删除这个文件:unlink(文件名)
#include 这样执行完成之后，那个临时文件就没了
又要open，又要unlink的好麻烦，有没有更方便的方法。答案是有的。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flags来指定。
使用MAP_ANONYMOUS(或MAP_ANON),如：
int *p = mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
需要注意的是，MAP_ANONYMOUS和MAP_ANON这两个宏是linux操作系统中特有的，类UNIX系统中无该宏定义，可以使用如下两步来完成匿名映射区的建立
fd = open("/dev/zero", O_RDWR);
p = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, fd, 0);
linux匿名映射的例子如下：只能用于有血缘关系的进程间通信
#include 类unix的例子
#include