Linux系统编程-进程间通信(mmap内存映射)
前面文章介绍了进程间常用的通信方式: 无名管道和命名管道，这篇文章介绍内存映射，内存映射在多进程访问文件读写的时候非常方便。
1. 内存映射mmap函数介绍
mmap函数可以将磁盘上的文件映射到内存空间中，返回映射的首地址。
相关函数: mmap munmap msync
函数原型与参数介绍：
#include <unistd.h> #include <sys/mman.h> int msync(const void *start, size_t length, int flags); 函数功能: 把对内存区域所做的更改同步到文件 void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset); 函数功能: 用来将某个文件内容映射到内存中，对该内存区域的存取即是直接对该文件内容的读写。通过这样可以加快文件访问速度。 返回值：成功返回映射的内存的起始地址。 (1) 第一个参数start指向欲对应的内存起始地址，通常设为NULL，代表让系统自动选定地址，对应成功后该地址会返回。 (2) 第二个参数length代表将文件中多大的部分对应到内存。 (3) 第三个参数prot代表映射区域的保护方式有下列组合： 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 (4) 第四个参数 flags会影响映射区域的各种特性： 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”, 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，而不能对fd指向的文件进行读写，对该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）。 在调用mmap()时必须要指定MAP_SHARED 或MAP_PRIVATE。 (5) 第五个参数fd为open()返回的文件描述词，代表欲映射到内存的文件。 (6) 第六个参数offset为文件映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必须是分页大小的整数倍。 用法示例: fb_mem=mmap(NULL,smem_len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fb,0); int munmap(void *addr, size_t length); 函数功能: 取消映射，用来取消参数start所指的映射内存起始地址，参数length则是欲取消的内存大小。当进程结束，映射内存会自动解除，但关闭对应的文件描述词时不会解除映射。返回值：如果解除映射成功则返回0，否则返回－1。 通过内存映射进行进程通信，多个进程可以同时映射同一个文件到内存空间，只要一个进程对文件进行了修改，其他进程都可以得到修改的数据。 注意: 打开文件的权限需要与映射的权限一致！ 复制代码
2. 案例代码: mmap用法示例(1)
下面代码的功能: 创建一个新文件，设置文件大小，使用mmap函数映射文件地址出来，对地址直接拷贝数据进入，再取消映射。 这时再打开文件，数据已经存放到到文件中了。演示通过mmap映射文件地址方式读写文件。
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <dirent.h> #include <stdlib.h> #include <sys/mman.h> int main(int argc,char **argv) { if(argc!=2) { printf("./a.out <文件>\n"); return 0; } /*1. 创建一个文件*/ int fd; fd=open(argv[1],O_RDWR|O_CREAT,S_IRWXU); if(fd<0) { printf("%s 文件打开失败.\n",argv[1]); return 0; } /*2. 设置文件的大小*/ ftruncate(fd, 1024); /*3. 获取文件大小*/ struct stat s_buf; fstat(fd,&s_buf); printf("文件的大小:%d Byte\n",s_buf.st_size); /*4. 映射文件到内存空间*/ unsigned char *mem_p=NULL; mem_p=mmap(NULL,s_buf.st_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0); if(mem_p==NULL) { printf("文件映射失败.\n"); close(fd); return 0; } /*5. 关闭文件*/ close(fd); /*6. 实现文件读写*/ strcpy(mem_p,"mmap函数测试.实现文件读写."); /*7. 打印文件里的内容*/ printf("mem_p=%s\n",mem_p); /*8. 取消映射*/ munmap(mem_p,s_buf.st_size); return 0; } 复制代码4. 案例代码: 多进程并发拷贝一个大文件
代码要求: 使用mmap函数映射文件到内存。 memcpy() 使用多进程并发拷贝一个大文件,巩固mmap的用法 详细要求: 创建5个子进程同时拷贝一个文件，每个进程拷贝文件的一部分。 设置指定文件的大小：int truncate(const char *path, off_t length)
拷贝结构图如下:
示例代码:
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <dirent.h> #include <stdlib.h> #include <sys/mman.h> #include <sys/wait.h> //定义子进程的数量 #define FORK_NUMBER 4 /* 实现多进程并发拷贝大文件---mmap */ int main(int argc,char **argv) { if(argc!=3) { printf("./a.out <拷贝的源文件> <新文件>\n"); return 0; } /*1. 打开源文件*/ int src_fd=open(argv[1],O_RDWR); if(src_fd<0) { printf("%s 源文件打开失败.\n",argv[1]); return -1; } /*2. 创建新文件*/ int new_fd=open(argv[2],O_RDWR|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR); if(new_fd<0) { printf("%s 新文件创建失败.\n",argv[2]); return -2; } /*3. 获取源文件大小设置新文件的大小*/ struct stat s_buff; fstat(src_fd,&s_buff); printf("源文件的字节大小:%d\n",s_buff.st_size); ftruncate(new_fd,s_buff.st_size); /*4. 映射源文件到内存空间*/ unsigned char *src_p; src_p=mmap(NULL,s_buff.st_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,src_fd,0); if(src_p==NULL) { close(src_fd); printf("源文件映射失败.\n"); return -3; } /*5. 映射新文件到内存空间*/ unsigned char *new_p; new_p=mmap(NULL,s_buff.st_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,new_fd,0); if(new_p==NULL) { close(new_fd); printf("新文件映射失败.\n"); return -4; } /*6. 关闭文件*/ close(new_fd); close(src_fd); /*7. 计算子进程和父进程拷贝的文件字节大小*/ int cp_size; int main_size; cp_size=s_buff.st_size/FORK_NUMBER; //每个子进程拷贝的大小 main_size=s_buff.st_size%FORK_NUMBER; //父进程拷贝的大小 /*8. 创建子进程*/ int i; for(i=0;i<FORK_NUMBER;i++) { if(fork()==0)break; } /*9. 子进程完成文件的拷贝*/ if(i<FORK_NUMBER) //表示就是子进程 { memcpy(new_p+i*cp_size,src_p+i*cp_size,cp_size); munmap(new_p,s_buff.st_size); munmap(src_p,s_buff.st_size); } else //父进程 { memcpy(new_p+i*cp_size,src_p+i*cp_size,main_size); munmap(new_p,s_buff.st_size); munmap(src_p,s_buff.st_size); pid_t pid; while(1) { pid=wait(NULL); if(pid==-1)break; printf("%d 子进程退出成功.\n",pid); } printf("父进程退出成功.\n"); } return 0; }
作者：DS小龙哥
链接：https://juejin.cn/post/7058533534503272462