mmap 的使用浅解

mmap是Unix提供的一个有用的功能,这个功能允许程序共享内存,也被称为内存映射。这个函数的作用是建立一段可以被两个或者更多个程序读写的内存,一个程序对它的修改可以被其他程序所看见。

这个功能经常被用于读写硬盘上的文件,mmap可以将文件映射到内存,这样你可以更加方便的对文件内容进行更新操作。

mmap函数原型:

#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr,size_t len,int prot,int flags,int fildes,off_t off);

addr:映射区的开始地址,设置为0时表示由系统决定映射区的起始地址。

len:映射区的长度。//长度单位是 以字节为单位,不足一内存页按一内存页处理

prot:期望的内存保护标志,不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值,可以通过位或运算合理地组合在一起
PROT_EXEC //页内容可以被执行
PROT_READ //页内容可以被读取
PROT_WRITE //页可以被写入
PROT_NONE //页不可访问

flags:指定映射对象的类型,映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体
MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址,如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间,重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用,操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。
MAP_SHARED //与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入,相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用,文件实际上不会被更新
MAP_PRIVATE //建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的,只能使用其中一个。
MAP_DENYWRITE //这个标志被忽略。
MAP_EXECUTABLE //同上
MAP_NORESERVE //不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留,对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留,同时内存不足,对映射区的修改会引起段违例信号。
MAP_LOCKED //锁定映射区的页面,从而防止页面被交换出内存。
MAP_GROWSDOWN //用于堆栈,告诉内核VM系统,映射区可以向下扩展。
MAP_ANONYMOUS //匿名映射,映射区不与任何文件关联。
MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的别称,不再被使用。
MAP_FILE //兼容标志,被忽略。
MAP_32BIT //将映射区放在进程地址空间的低2GB,MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。
MAP_POPULATE //为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。
MAP_NONBLOCK //仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读,只为已存在于内存中的页面建立页表入口。

fildes:有效的文件描述词。一般是由open()函数返回,其值也可以设置为-1,此时需要指定flags参数中的MAP_ANON,表明进行的是匿名映射。

off:被映射对象内容的起点。

你可以对addr参数来请求使用某个特定的地址,如果他的取值为零将会自动进行分配,这是一种推荐的做法否则会降低程序的可移植性,因为在不同的系统上的可用地址范围是不一样的。

下面我们介绍第二个函数,他的作用是把某个部分或整段中的修改写回被映射的文件中。(或者从映射文件中读出)

#include <sys/mman.h>
int msync(void *addr,size_t len,int flags);

addr:文件映射到进程空间的地址;

len:映射空间的大小;

flags:刷新的参数设置,可以取值MS_ASYNC/ MS_SYNC/ MS_INVALIDATE
取值为MS_ASYNC(异步)时,调用会立即返回,不等到更新的完成;
取值为MS_SYNC(同步)时,调用会等到更新完成之后返回;
取MS_INVALIDATE(通知使用该共享区域的进程,数据已经改变)时,在共享内容更改之后,使得文件的其他映射失效,从而使得共享该文件的其他进程去重新获取最新值;

还有munmap函数,他的作用是释放内存段。

#include <sys/mman.h>
int munmap(void *addr,size_t len);

下面我们通过一个实例来使用mmap。

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

#define NRECORDS (100)

typedef struct{
	int integer;
	char chars[24];
} RECORD;


int main()
{
	RECORD record, *mapped;
	FILE *fp;

	fp = fopen("records.dat", "w+");
	for (int i = 0; i < NRECORDS; i++)
	{
		record.integer = i;
		sprintf(record.chars, "RECORD-%d", i);
		fwrite(&record, sizeof(record), 1, fp);
	}
	fclose(fp);

 	fp = fopen("records.dat", "r+");
 	fseek(fp, 43 * sizeof(record), SEEK_SET);
 	fread(&record, sizeof(record), 1, fp);
 	printf("%d\n",record.integer);

	record.integer = 413;
	sprintf(record.chars, "RECORD-%d", record.integer);
	
	fseek(fp, 43 * sizeof(record), SEEK_SET);
	fwrite(&record, sizeof(record), 1, fp);
	fclose(fp);

	int fd = open("records.dat", O_RDWR);
	mapped = (RECORD*)mmap(0, NRECORDS * sizeof(record), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
	mapped[43].integer = 243;
	printf("%d\n", mapped[43].integer);
	sprintf(mapped[43].chars, "RECORD-%d", mapped[43].integer);

	msync((void*)mapped, NRECORDS*sizeof(record), MS_SYNC);
	munmap((void*)mapped, NRECORDS*sizeof(record));
	close(fd);

	exit(0);
}