C/C++ 使用mmap/munmap函数分配内存

在C/C++ 中常用的内存分配和管理的方式有很多，如智能指针, STL容器, new/delete, malloc/free, brk, sbrk等等，最近研究了一下Unix比较底层的一种内存管理方式mmap/munmap，需要完全自己来维护分配的虚拟内存，没有任何其他辅助的数据结构来帮助维护内存空间，但其优点就是效率比其他的内存分配方式要高。

一、在终端里输入 man mmap 可以查看此函数的API文档，此函数的具体描述如下：

void *mmap(void *start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offsize); 
具体参数含义
start ：  指向欲映射的内存起始地址，通常设为 NULL，代表让系统自动选定地址，映射成功后返回该地址。
length：  代表将文件中多大的部分映射到内存。
prot  ：  映射区域的保护方式。可以为以下几种方式的组合：
                    PROT_EXEC 映射区域可被执行
                    PROT_READ 映射区域可被读取
                    PROT_WRITE 映射区域可被写入
                    PROT_NONE 映射区域不能存取
flags ：  影响映射区域的各种特性。在调用mmap()时必须要指定MAP_SHARED 或MAP_PRIVATE。
                    MAP_FIXED 如果参数start所指的地址无法成功建立映射时，则放弃映射，不对地址做修正。通常不鼓励用此旗标。
                    MAP_SHARED 对映射区域的写入数据会复制回文件内，而且允许其他映射该文件的进程共享。
                    MAP_PRIVATE 对映射区域的写入操作会产生一个映射文件的复制，即私人的“写入时复制”（copy on write）对此区域作的任何修改都不会写回原来的文件内容。
                    MAP_ANONYMOUS建立匿名映射。此时会忽略参数fd，不涉及文件，而且映射区域无法和其他进程共享。
                    MAP_DENYWRITE只允许对映射区域的写入操作，其他对文件直接写入的操作将会被拒绝。
                    MAP_LOCKED 将映射区域锁定住，这表示该区域不会被置换（swap）。
fd    ：  要映射到内存中的文件描述符。如果使用匿名内存映射时，即flags中设置了MAP_ANONYMOUS，fd设为-1。有些系统不支持匿名内存映射，则可以使用fopen打开/dev/zero文件，
          然后对该文件进行映射，可以同样达到匿名内存映射的效果。
offset：文件映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必须是PAGE_SIZE的整数倍。

返回值：
      若映射成功则返回映射区的内存起始地址，否则返回MAP_FAILED(－1)，错误原因存于errno 中。

错误代码：
            EBADF  参数fd 不是有效的文件描述词
            EACCES 存取权限有误。如果是MAP_PRIVATE 情况下文件必须可读，使用MAP_SHARED则要有PROT_WRITE以及该文件要能写入。
            EINVAL 参数start、length 或offset有一个不合法。
            EAGAIN 文件被锁住，或是有太多内存被锁住。
            ENOMEM 内存不足。
用户层的调用很简单，其具体功能就是直接将物理内存直接映射到用户虚拟内存，使用户空间可以直接对物理空间操作。但是对于内核层而言，其具体实现比较复杂。

二、例子程序如下

//
//  main.cpp
//
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//  Created by ChengChao on 14-9-27.
//  Copyright (c) 2014年 cc. All rights reserved.
//

#include <iostream>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {

    //申请内存
    int* arr = static_cast<int*>(mmap(
                    NULL,                   //分配的首地址
                    getpagesize(),          //分配内存大小(必须是页的整数倍, 32位1页=4k)
                    PROT_READ | PROT_WRITE, //映射区域保护权限：读|写
                    MAP_ANON | MAP_SHARED,  //匿名映射(不涉及文件io), 后面两个参数忽略
                    0,                      //要映射到内存中的文件描述符
                    0                       //文件映射的偏移量，通常设置为0，必须是页的整数倍
                ));
    printf("申请内存大小=%dk\n", sizeof(arr));
    
    *arr = 10;
    *(arr + 1) = 20;
    *(arr + 2) = 30;
    
    printf("arr[2]=%d\n", arr[2]);
    
    //释放指针arr指向的内存区域，并制定释放的内存大小
    munmap(arr, getpagesize());
    
    return 0;
}

我是在64位的Mac OS X系统下编译运行的，64位系统内存页的大小为8k, 32位为4k