1. 存储映射是什么？
如上图，存储映射是将块设备的文件映射到进程的虚拟地址空间。之后，进程可以直接使用指针操作其地址空间中映射的文件，对这块映射区操作就相当于操作文件。
2. 存储映射函数mmap的简单使用
（1）mmap函数：
#include<sys/mman.h>
void* mmap(void* addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
/*
功能：
将文件fd从开头偏移offset个字节处开始，
映射到调用该函数的进程的虚拟地址空间的addr地址开始的往后length个字节的虚拟地址空间长度。
映射区的保护方式为prot，特性为flags。
参数：
addr：映射到进程地址空间的起始地址，通常为NULL，由内核指定；
length：映射到进程地址空间的大小；
prot：映射区的保护方式：
a）读：PROT_READ
b）写：PROT_WRITE
c）读写：PROT_READ | PROT_WRITE
flags：映射区的特性：
a）MAP_SHARED：写入映射区的数据会复制回文件，且允许共享给其他映射该文件的进程；
b）MAP_PRIVATE：对映射区的写入操作会产生一个映射区的复制（copy-on-write），
对此区域的修改不会写回原文件；
fd：要映射的文件，即open返回的文件描述符；
offset：从文件起始位置偏移offset开始映射，必须是4K的整数倍；
通常为0，表示从文件起始位置开始映射；
返回值：
成功：映射区的首地址
失败：MAP_FAILED宏
*/mmap使用总结：
（1）第一个参数通常为 NULL；
（2）第二个参数映射文件大小 > 0；
（3）第三个参数：PROT_READ、PROT_WRITE；
（4）第四个参数：MAP_SHARED、MAP_PRIVATE；
（5）第五个参数：要映射的文件描述符；
（6）第六个参数：4K的整数倍，通常为0；
mmap注意事项：
（1）创建映射区过程中，隐含一次对映射文件的读操作；
（2）当flags为MAP_SHARED时，要求：映射区权限 ≤ 文件打开的权限；而MAP_PRIVATE无要求；
（3）映射成功文件即可关闭；
（4）文件大小为0时不能创建映射区。使用mmap时常出错总线错误（bus error），通常是映射文件大小的问题；
（5）munmap的传入地址一定是mmap的返回值，禁止对其地址++操作；
（6）mmap调用出错几率高，一定要检查返回值。
（2）munmap函数 ：
#include<sys/mman.h>
int munmap(void* addr, size_t length);
/*
功能：
释放进程地址空间addr开始的length个字节的存储映射区
参数：
addr：映射区的起始地址，即mmap函数的返回值；
length：映射区大小，即mmap函数的第二个参数；
返回值：
成功：0
失败：-1
*/（3）mmap使用示例：
#include<string.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/mman.h>
int main(int argc, const char* argv[]) {
int fd = -1;
int ret = -1;
void* addr = NULL;
// 1.以读写的方式打开txt文件
fd = open("txt", O_RDWR);
if (-1 == fd) {
perror("open");
return 1;
}
// 2.将文件映射到进程的虚拟地址空间
addr = mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (addr == MAP_FAILED) {
perror("mmap");
return 1;
}
printf("映射成功.\n");
// 3.关闭文件
close(fd);
// 4.写文件
memcpy(addr, "123456", 6);
// 5.断开存储映射
munmap(addr, 1024);
return 0;
}运行结果：
3. mmap实现父子进程通信
（1）原理：
a）父进程先创建存储映射区，得到映射区在其虚拟地址空间中的起始地址addr和映射长度length；
b）fork子进程后，子进程虚拟地址空间存在和父进程addr、length一样的存储映射区；
c）因为父子进程都映射同一个文件，因此可通过该文件进行通信。
（2）代码示例：
#include<string.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/mman.h>
#include<sys/wait.h>
int main(int argc, const char* argv[]) {
int fd = -1;
int ret = -1;
pid_t pid = -1;
void* addr = NULL;
// 1.以读写的方式打开txt文件
fd = open("txt", O_RDWR);
if (-1 == fd) {
perror("open");
return 1;
}
// 2.将文件映射到进程的虚拟地址空间
addr = mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (addr == MAP_FAILED) {
perror("mmap");
return 1;
}
printf("映射成功.\n");
// 3.关闭文件
close(fd);
// 4.创建子进程
pid = fork();
if (-1 == pid) {
perror("fork");
return 1;
}
if (0 == pid) { // 子进程写文件
memcpy(addr, "ABCD", 4);
} else { // 父进程读文件
wait(NULL); // 等待子进程结束
printf("子进程写的内容：%s\n", (char*)addr);
}
// 5.断开存储映射
munmap(addr, 1024);
return 0;
}运行结果：
4. mmap实现无关系的进程通信
代码示例：
mmap_a.c文件：
#include<string.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/mman.h>
#include<sys/wait.h>
int main(int argc, const char* argv[]) {
int fd = -1;
int ret = -1;
pid_t pid = -1;
void* addr = NULL;
// 1.以读写的方式打开txt文件
fd = open("txt", O_RDWR);
if (-1 == fd) {
perror("open");
return 1;
}
// 2.将文件映射到进程的虚拟地址空间
addr = mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (addr == MAP_FAILED) {
perror("mmap");
return 1;
}
printf("映射成功.\n");
// 3.关闭文件
close(fd);
// 4. 读存储映射区
printf("读存储映射区：%s\n", (char*)addr);
// 5.断开存储映射
munmap(addr, 1024);
return 0;
}mmap_b.c文件：
#include<string.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/mman.h>
#include<sys/wait.h>
int main(int argc, const char* argv[]) {
int fd = -1;
int ret = -1;
pid_t pid = -1;
void* addr = NULL;
// 1.以读写的方式打开txt文件
fd = open("txt", O_RDWR);
if (-1 == fd) {
perror("open");
return 1;
}
// 2.将文件映射到进程的虚拟地址空间
addr = mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (addr == MAP_FAILED) {
perror("mmap");
return 1;
}
printf("映射成功.\n");
// 3.关闭文件
close(fd);
// 4.写存储映射区
memcpy(addr, "XYZ", 3);
// 5.断开存储映射
munmap(addr, 1024);
return 0;
}运行结果：
5. 匿名映射
父子进程使用存储区映射进行通信的缺陷是需要依赖一个文件。
为了克服该缺陷，父子进程可使用匿名映射，无需依赖文件即可创建映射区，需要借助flags参数MAP_ANONYMOUS（或MAP_ANON）来指定为匿名映射，如下：
int* addr = mmap(NULL, length, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
/*
MAP_ANONYMOU需要和MAP_SHARED 一起使用
MAP_ANONYMOUS和MAP_ANON是Linux系统特有的宏，类unix系统中无该宏定义。
*/匿名映射示例：
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/mman.h>
#include<sys/wait.h>
int main(int argc, const char* argv[]) {
int ret = -1;
pid_t pid = -1;
void* addr = NULL;
// 1.创建匿名映射
addr = mmap(NULL, 4096, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
if (MAP_FAILED == addr) {
perror("mmap");
return 1;
}
// 2.创建子进程
pid = fork();
if (-1 == pid) {
perror("fork");
munmap(addr, 4096);
return 1;
}
// 3.父子进程通信
if (0 == pid) {
memcpy(addr, "1234", 4); // 子进程写
} else {
wait(NULL); // 等待子进程结束
printf("父进程读到：%s\n", (char*)addr);
}
// 4.断开映射
munmap(addr, 4096);
return 0;
}运行结果：
