概念

内存映射（Memory-mapped I/O）是将磁盘文件的数据映射到内存，用户通过修改内存就能修改磁盘文件。

API

内存映射相关系统调用，使用man 2 mmap查看帮助

• void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
  • 功能：将一个文件或者设备的数据映射到内存中
  • 参数
    • addr：设置为 NULL时, 由内核指定（推荐做法）
    • length : 要映射的数据的长度，这个值不能为0。建议使用文件的长度，获取文件的长度：stat ，lseek
    • prot : 对申请的内存映射区的操作权限
      PROT_EXEC ：可执行的权限
      PROT_READ ：读权限
      PROT_WRITE ：写权限
      PROT_NONE ：没有权限
    • flags
      MAP_SHARED : 映射区的数据会自动和磁盘文件进行同步，进程间通信，必须要设置这个选项
      MAP_PRIVATE ：不同步，内存映射区的数据改变了，对原来的文件不会修改，会重新创建一个新的文件。（copy on write）
    • fd: 需要映射的那个文件的文件描述符，通过open得到，open的是一个磁盘文件
    • offset：偏移量，一般进行特殊指定（指定为0即可），如果使用必须指定的是 4k 的整数倍，0表示不偏移
    • 返回值：返回创建的内存的首地址。失败返回MAP_FAILED(即(void *) -1)
• int munmap(void *addr, size_t length);
  • 功能：释放内存映射
  • 参数
    addr : 要释放的内存的首地址
    length : 要释放的内存的大小，要和mmap函数中的length参数的值一样

适合的进程间通信种类

• 有关系的进程（父子进程）
  还没有子进程的时候，通过唯一的父进程，先创建内存映射区
  有了内存映射区以后，创建子进程
  父子进程共享创建的内存映射区
• 没有关系的进程间通信
  准备一个大小不是0的磁盘文件
  进程1 通过磁盘文件创建内存映射区，得到一个操作这块内存的指针
  进程2 通过磁盘文件创建内存映射区，得到一个操作这块内存的指针
  使用内存映射区通信

Demo

program：使用内存映射父子进程通信功能（父进程读，子进程写）

实现思路

1.打开指定文件并获取文件长度
2.创建内存映射区
3.父子进程功能，父进程负责收数据，子进程负责发数据
4.回收资源

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

int main(){
	// 打开指定文件
    int fd = open("Data.txt", O_RDWR);
    // 获取给定文件长度
    int size = lseek(fd, 0, SEEK_END);
    // 创建内存映射区
    void* ptr = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    // 判断是否成功
    if (ptr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(-1);
    }
    // 创建子进程
    pid_t pid = fork();
    if (pid > 0) {
        // 父进程，用于读取数据
        // 回收子进程
        wait(NULL);
        // 接收数据并打印
        char buf[64]={0};
        // 类型需要强转
        strcpy(buf, (char *)ptr);
        printf("recv : %s\n", buf);

    } else if (pid == 0) {
        // 子进程，用于发送数据
        // 类型需要强转
        strcpy((char *)ptr, "hello, i am child process");
    }
    return 0;
}

运行结果

(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ gcc -o main main.c 
(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ ./main 
recv : hello, i am child process
(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ cat Data.txt 
hello, i am child processorldHelloWorldHelloWorldHelloWor...

program：使用内存映射实现文件拷贝的功能

实现思路

1.对原始的文件进行内存映射
2.创建一个新文件（拓展该文件)
3.把新文件的数据映射到内存中
4.通过内存拷贝将第一个文件的内存数据拷贝到新的文件内存中
5.释放资源

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

int main(){
    // 打开指定文件
    int fd = open("Data.txt", O_RDWR);
    // 获取给定文件长度
    int len = lseek(fd, 0, SEEK_END);
    // 创建内存映射区
    void* ptr1 = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    // 判断是否成功
    if (ptr1 == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(-1);
    }
    //创建并打开目标文件
    int cp = open("Copy.txt", O_RDWR | O_CREAT,0664);
    // 由于目标文件是通过创建得到，所以需要扩展长度与源文件保持一致
    truncate("Copy.txt",len);
    //创建目标的内存映射
    void* ptr2 = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, cp, 0);
    if (ptr2 == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(-1);
    }
     // 内存拷贝
    memcpy(ptr2, ptr1, len);
    //释放资源
    munmap(ptr1,len);
    munmap(ptr2,len);

    close(fd);
    close(cp);
    return 0;
}

运行结果

(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ gcc -o main main.c 
(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ ./main 
(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ ls -l
-rw-rw-r-- 1 user user  680 Jan 17 01:13 Copy.txt
-rw-rw-r-- 1 user user  680 Jan 17 00:32 Data.txt

program：使用内存映射实现匿名内存映射（父进程读，子进程写）

匿名映射:不需要文件实体进程一个内存映射

修改API中的参数属性就行

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    int len=1024;
    void *ptr = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    if (ptr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(-1);
    }
    pid_t pid = fork();
    if (pid > 0) {
        // 父进程
        wait(NULL);
        char buf[1024]={0};
        strcpy(buf, (char*)ptr);
        printf("recv : %s\n", buf);
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程
        strcpy((char*)ptr, "i am a message");
    } else {
        perror("fork");
        exit(-1);
    }

    // 释放资源
    munmap(ptr, len);
    return 0;
}

运行结果

(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ gcc -o main main.c 
(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ ./main 
recv : i am a message