linux-内存映射MMAP-lseek-dup-fifo-通信-IO多路复用

news2024/10/6 10:32:22

1、内存映射MMap：

DMA：

可以用*/[]取代read和write；

限制：

1、文件大小固定不能改变；（ftruncate）

2、只能是磁盘文件；

3、建立映射之前先open

mmap函数：

mmap第一个参数填空指针，分配映射空间时将自动分配到堆空间；分配区域首地址作为返回值返回，

length大小要固定；

prot表示内存是否可读可写；

prot的可选项：可以用按位或连接

flages：属性（MAP_SHARED(多进程共享映射区)）;

fd：映射的文件；（文件描述符）

offfset偏移量：0；（直接写0）；

然后通过munmap释放;

该函数只有length和fd要改变；

代码实现通过mmap函数再内存中直接通过映射修改文件内容：

#include <43func.h>
int main(int argc, char *argv[]){
    ARGS_CHECK(argc,2);
    int fd = open(argv[1],O_RDWR);
     ERROR_CHECK(fd,-1,"open");
     int ret = ftruncate(fd,5);
     ERROR_CHECK(ret,-1,"ftruncate");
     char *p = (char *)mmap(NULL,5,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
    for (int  i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("%c",p[i]);

    }
    printf("\n");
    p[0] = 'H';
    p[1] = '1';
       for (int  i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("%c",p[i]);

    }
    munmap(p,5);
}

2、lseek：也可与诱发文件空洞

fd：文件描述符，指向要操作的文件。
offset：相对于whence的偏移量，可以是正数也可以是负数。
whence：偏移量的起始位置，它可以是以下常量之一：
- SEEK_SET：文件的开头。
- SEEK_CUR：当前的读写位置。
- SEEK_END：文件的末尾。

内核态和用户态各有一个缓冲区，lseek修改内核态，而fseek修改用户态；

3、文件流也使用了文件对象：

int fileno（）：传入一个文件流指针则返回一个文件描述符；

用户，库作者，接口的关系：

用户通过接口与系统进行交互，而库作者通过API提供库的功能和服务。接口和API是连接用户和库作者的桥梁。

为了降低耦合性，库作者把库代码进行封装，提供接口给用户；所以用户通过接口访问库；

代码即注释：

用有意义的符号取代固定的数字：

3、文件描述符的复制 dup

数值不同，偏移量共享

dup();选择一个最小可用的fd和oldfd同指向；

查看stdin，stdout，stderr的文件描述符

使用printf本质上往stdout写入数据；

printf对应的文件描述符为1：

往1号文件写入数据相当于往标准输出中写入数据；

遵循代码即注释原则：用STDERR_FILENO代替1

当文件通过close关闭标准输出时，再次用printf就相当于往重定向；

先打开open，还需要重定向文件描述符;可以使用dup（）；

用dup复制的文件描述符时，新的文件描述符和旧的文件描述符都共享同一个指针，（一个文件描述符写了，另一个接着写）；

当关闭oldfd时，还可以继续用newfd进行操作；当文件描述符完全关闭后才会释放文件对象。

这种设计允许进程在需要时复制文件描述符，并在不同的线程或进程间传递它们，而不会导致底层资源的立即释放。（引用计数）

引用计数

是指将资源（如对象、内存或磁盘空间等）的被引用次数保存起来，当被引用次数变为零时，系统将自动释放该资源的过程。

重定向到目标文件：

先打开文件再把标准输出重定向到文件里；

重定向到testFile，当关闭标准输出时printf失效，把printf对应的输出对象改成了testFile；

从目标文件重定向回自定义目标：

int dup2(int oldfd,int newfd);

让newfd与oldfd指向同一个文件对象；

如果newfd已有指向就会自动close；

通过把dup2把标准输出的文件描述符改成savefd，再把标准输出的屏幕对象改成文件对象，最后再改回来，把屏幕定向到文件，再恢复；

4、有名管道（name pip / FIFO）:先进先出；

进程间通信机制在文件系统的映射；

通信的传输方式：

单工：A->B

半双工：A->B ， B->A 不同时 (管道至少是半双工通信)

全双工：A<-------->B

mkfifo ：创建管道

mkfifo 1.pip

管道不能存数据，只能暂存，不能持续存储；不能用vim打开

管道的半双工通信：用两个终端展示（右边取出数据，左边取消阻塞，把左边进程的数据传输到右边进程）

先读取数据，没有数据会进程阻塞，先传输，没有读也会阻塞；

用系统调用操作管道：

半双工通信管道

open：O_WRONLY(写端)

O_RDONLY(读端)

（用open打开写端或读端）；

管道实在open的时候阻塞的。当一个进程open管道一端的时候，进程处于阻塞状态，如果对端未被打开，进程处于阻塞状态，直到对端被另一个进程打开；（半双工通信）

全双工通信：（使用两个管道实现）

死锁的产生：

错误示范：

chat1 打开1pipe的读在等待chat2 在1pipe的写；

chat2 打开2pipe的写在等待chat2 在2pipe的读；

进入循环等待状态，产生死锁；占用资源的顺序出现了问题（调整顺序解决）；

全双工通信：

通过死循环实现一直通信；

该程序只能实现一问一答：要等回复后才能看到下一条问题；

死循环读管道，读stdin，（目前代码给了固定的相应的读取顺序）

当B一直发，B的标准输入会堆积数据，但是A没有回复数据；

read fdr 和read stdin 存在先后顺序；（两个read的动作都会阻塞）

后面的数据就绪，但前面的程序阻塞了；数据串联（一个阻塞全部阻塞）；

程序采用了一个阻塞式的读取循环，每次从管道读取数据并打印，然后清空缓冲区，接着从标准输入（STDIN_FILENO）读取数据并写入管道。问题在于，当从标准输入读取数据时，程序会阻塞直到有数据可读。这意味着，如果另一进程已经发送了第二条消息到管道中，但是当前进程没有从标准输入读取任何数据，那么它就不会处理管道中的第二条消息。

IO多路复用：（现代服务器的基础）

采用数据并联解决；

select:

fd_set : 监听集合；

#include <sys/select.h>  
#include <sys/time.h>  
  
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,  
           fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

nfds：这是一个整数值，指定了被监听的文件描述符集合中最大文件描述符值加 1。通常，它会被设置为集合中最大文件描述符的加一。
readfds：指向一个文件描述符集合的指针，该集合中的文件描述符被监视以检查是否可读。
writefds：指向一个文件描述符集合的指针，该集合中的文件描述符被监视以检查是否可写。
exceptfds：指向一个文件描述符集合的指针，该集合中的文件描述符被监视以检查是否有异常条件待处理。
timeout：指向一个 timeval 结构的指针，该结构指定了 select 的超时时间。如果设置为 NULL，则 select 会无限期地等待，直到某个文件描述符就绪。

fd_set 类型是一个位掩码，用于存储多个文件描述符的状态。在调用 select 之前，程序会使用如 FD_ZERO、FD_SET、FD_CLR 和 FD_ISSET 等宏来操作这些集合。

（1）创建监听集合

（2）设置合适的监听：FD_ZERO(清空) FD_SET(加入监听){把会阻塞的文件描述符加入到监听}

（3）调用select函数，会让进程阻塞；

（4）当监听的文件描述符fd中有任何一个就绪时则select就绪；

（5）轮流询问（轮询）所有监听的fd是否就绪，FD_ISSET（询问）