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🌻1.前言

本篇目的：Linux之共享内存mmap用法实例

🌻2.Linux mmap介绍

• Linux下的mmap是一种内存映射的机制，允许用户空间的应用程序将文件或设备直接映射到内存中。这种机制可以提供高效的大文件读写方式，同时避免了传统文件读写操作的系统调用开销。
• mmap机制将文件内容映射到进程的地址空间，使得进程可以通过操作内存的方式读写文件，而无需进行文件系统的I/O操作。这对于频繁访问大型文件的应用程序来说，可以显著提高性能，因为它减少了数据在用户空间和内核空间之间的拷贝次数。
• mmap函数的原型定义在<sys/mman.h>头文件中，其基本调用形式如下：

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

• 参数说明如下：
• addr：指定映射内存的起始地址，通常设置为NULL，让系统自动选择。
• length：要映射的内存长度。
• prot：映射区域的保护模式，可以是PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_EXEC等，或者它们的组合。
• flags：映射区域的标志，常用的标志有MAP_SHARED、MAP_PRIVATE、MAP_ANONYMOUS、MAP_GROWSDOWN等。
• fd：文件描述符，来自于之前对文件的open操作。
• offset：文件映射开始的偏移量，通常是对文件大小的偏移。
  mmap的返回值是一个void*类型的指针，指向映射内存的起始地址。如果映射失败，则返回NULL，并设置errno来指示错误。
  内存映射通常分为两种模式：

1. MAP_SHARED：映射区域的内存可以被多个进程共享。对共享映射区域的修改会立即反映到文件系统中，反之亦然。
2. MAP_PRIVATE：映射区域的内存对其他进程是不可见的。对私有映射区域的修改不会影响文件系统，但可以提高数据访问的效率。
   此外，mmap还可以用于匿名内存映射，即不与任何文件关联的内存映射。这时可以使用MAP_ANONYMOUS标志，并通常与/dev/zero设备文件一起使用，以分配不来自文件的内存。

• 内存映射的解除可以通过munmap函数实现，其原型如下：

int munmap(void *addr, size_t length);

• 参数addr是mmap返回的地址，length是要解除映射的长度。成功时返回0，失败时返回-1并设置errno。
• mmap机制在Linux系统中广泛应用于高效的数据处理，如数据库、缓存、文件共享等。它也是许多高性能服务器和客户端应用程序的关键特性之一。
• 使用mmap时，开发者需要充分理解内存保护机制，以避免可能的竞态条件和数据不一致问题。

🌻3.代码实例

🐓3.1 基本内存映射和读取

#include <iostream>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string>

int main() {
    // 打开文件
    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        std::cerr << "Open file failed." << std::endl;
        return 1;
    }

    // 映射文件
    void* map = mmap(NULL, 1024, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    if (map == MAP_FAILED) {
        std::cerr << "Map memory failed." << std::endl;
        close(fd);
        return 1;
    }

    // 读取映射的内容
    char buffer[1024];
    std::memcpy(buffer, map, 1024);

    // 输出内容
    std::cout << "Content of the file: " << buffer << std::endl;

    // 解除映射
    munmap(map, 1024);

    // 关闭文件
    close(fd);

    return 0;
}

🐓3.2 共享内存映射和写入

#include <iostream>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string>

int main() {
    // 创建共享内存文件
    int fd = open("shared_memory.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
    if (fd == -1) {
        std::cerr << "Open file failed." << std::endl;
        return 1;
    }

    // 映射文件
    void* map = mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (map == MAP_FAILED) {
        std::cerr << "Map memory failed." << std::endl;
        close(fd);
        return 1;
    }

    // 写入内容
    std::string message("Hello, shared memory!");
    std::memcpy(map, message.c_str(), message.size());

    // 输出内容
    char buffer[1024];
    std::memcpy(buffer, map, 1024);
    std::cout << "Written content: " << buffer << std::endl;

    // 解除映射
    munmap(map, 1024);

    // 关闭文件
    close(fd);

    return 0;
}

🐓3.3 匿名内存映射

#include <iostream>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string>

int main() {
    // 创建一个匿名内存区域
    void* map = mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, -1, 0);
    if (map == MAP_FAILED) {
        std::cerr << "Map memory failed." << std::endl;
        return 1;
    }

    // 写入内容
    std::string message("Hello, anonymous memory!");
    std::memcpy(map, message.c_str(), message.size());

    // 输出内容
    char buffer[1024];
    std::memcpy(buffer, map, 1024);
    std::cout << "Written content: " << buffer << std::endl;

    // 输出内容
    char buffer[1024];
    std::memcpy(buffer, map, 1024);
    std::cout << "Written content: " << buffer << std::endl;

    // 解除映射
    munmap(map, 1024);

    return 0;
}