mmap映射文件使用示例

news2025/1/18 11:46:51

mmap 零拷贝技术可以应用于很多场景，其中一个典型的应用场景是网络文件传输。

假设我们需要将一个大文件传输到远程服务器上。在传统的方式下，我们可能需要将文件内容读入内存，然后再将数据从内存复制到网络协议栈中，最终发送到远程服务器。这个过程中，涉及到了多次数据拷贝操作，增加了 CPU 的开销，降低了传输效率。

而使用 mmap 零拷贝技术，则可以将文件映射到内存中，然后直接将内存中的数据传输到网络协议栈中，避免了数据在内核和应用程序之间的复制，从而提高了传输效率。

具体实现步骤如下：

使用 open 系统调用打开文件，并获取文件描述符。
使用 fstat 系统调用获取文件的大小。
使用 mmap 系统调用将文件映射到内存中，并获取映射的地址和长度。
将内存中的数据传输到网络协议栈中，可以使用 sendto 系统调用将数据直接传输到网络中。
使用 munmap 系统调用解除内存映射。

通过使用 mmap 零拷贝技术，我们可以将文件内容直接传输到网络中，避免了数据在内核和应用程序之间的复制，提高了传输效率。这种技术在文件传输、多媒体流传输等场景下都可以发挥重要作用。

在这里插入图片描述

参数说明

参数fd为即将映射到内存空间的文件描述符，一般由open返回。同时fd也可以指定为-1，此时须指定flags参数中的MAP_ANON，表名进行的是匿名映射。
len是映射到调用进程地址空间的字节数，它从被映射文件开头offset个字节开始算起。
prot参数指定共享内存的访问权限，可指定为
PROT_NONE：映射区不可访问
或者以下几个值的或：
PROT_READ：可读
PROT_WRITE：可写
PROT_EXEC：可执行
flags参数影响映射存储区的多种属性：
MAP_FIXED: 返回值必须等于addr。因为这不利于可移植性，所以不建议使用此标志。如果未指定此标志，而且addr非0，则内核只把addr视为在何处设置映射区的一种建议，但是不保证会使用所要求的地址。将addr指定为0可获得最大可移植性。
MAP_SHARED: 这一标志说明了本进程对映射区所进行的存储操作的配置。此标志指定存储操作修改映射文件，也就是说，存储操作相当于对该文件的write。
MAP_PRIVATE: 本标志说明，对映射区的存储操作导致创建该映射文件的一个私有副本。所有后来对该映射区的引用都是引用该副本，而不是原始文件。（此标志的一种用途是用于调试程序，它将一程序文件的正文部分映射至一存储区，但允许用户修改其中的指令。任何修改只影响程序文件的副本，而不影响原文件）。
offset参数一般设置为0，表示从文件头开始映射，必须是page size的倍数。
参数addr指定文件应被映射到进程空间的起始地址，一般被指定为一个空指针，此时选择起始地址的任务留给内核来完成。返回值为最后文件映射到进程空间的起始地址，进程可以直接操作该地址。

以下是一个简单的 C 语言示例，演示了如何使用 mmap 和 sendto 进行文件传输，实现零拷贝：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERVER_IP "192.168.1.100"
#define SERVER_PORT 8888

int main() {
    int fd;
    struct stat sb;
    char *addr;

    // 打开文件
    fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 获取文件信息
    if (fstat(fd, &sb) == -1) {
        perror("fstat");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 将文件映射到内存
    addr = mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    if (addr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 创建 socket
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置服务器地址
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_addr.sin_addr);

    // 直接发送数据到网络
    sendto(sockfd, addr, sb.st_size, 0, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));

    // 解除内存映射
    if (munmap(addr, sb.st_size) == -1) {
        perror("munmap");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 关闭文件和套接字
    close(fd);
    close(sockfd);

    return 0;
}