2.17 内存映射（1）

内存映射

在这里插入图片描述

内存映射相关系统调用

在这里插入图片描述

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：
        - void *addr: NULL, 由内核指定
        - 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。最小是分页的整数倍
                获取文件的长度：stat 或者lseek函数
        - 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
            要操作映射内存，必须要有读的权限。
            PROT_READ、PROT_READ|PROT_WRITE
        - 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写时拷贝，同fork()函数）
        - 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
            - 注意：文件的大小不能为0，open指定的权限不能和prot参数有冲突。
                prot: PROT_READ                open:只读/读写 
                prot: PROT_READ | PROT_WRITE   open:读写
        - offset：偏移量，一般不用。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，(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。

使用内存映射实现父子进程间通信

1.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

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


int main() {

    // 1.打开一个文件
    int fd = open("test.txt", O_RDWR);
    int size = lseek(fd, 0, SEEK_END);  // 获取文件的大小

    // 2.创建内存映射区
    void *ptr = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(ptr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(0);
    }

    // 3.创建子进程
    pid_t pid = fork();
    if(pid > 0) {
        wait(NULL);//回收子进程
        // 父进程读数据
        char buf[64];
        strcpy(buf, (char *)ptr);
        printf("read data : %s\n", buf);
       
    }else if(pid == 0){
        // 子进程写数据
        strcpy((char *)ptr, "nihao a, son!!!");
    }

    // 关闭内存映射区
    munmap(ptr, size);

    return 0;
}

使用内存映射实现没有关系的进程间的通信

2.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

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

// 使用内存映射实现没有关系的进程间的通信。
int main() {

    // 1.打开一个文件
    int fd = open("test.txt", O_RDWR);
    int size = lseek(fd, 0, SEEK_END);  // 获取文件的大小

    // 2.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
    void *ptr1 = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(ptr1 == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(0);
    }

    // 3.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
    void *ptr2 = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(ptr2 == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(0);
    }

    // 4.使用内存映射区通信：进程1写数据，进程2读数据
    strcpy((char *)ptr1, "nihao ,mmap_ipc!!!");

    char buf[64];
    strcpy(buf, (char *)ptr2);
    printf("read data : %s\n", buf);

    
    // 关闭内存映射区
    munmap(ptr1, size);
    munmap(ptr2, size);

    return 0;
}

2.18内存映射（2）

内存映射的注意事项

1、如果对mmap的返回值(ptr)做++操作(ptr++), munmap是否能够成功?
void * ptr = mmap(…);
ptr++; 可以对其进行++操作，不建议
munmap(ptr, len); // 错误,要保存内存首地址类比：new/delete

2.如果open时O_RDONLY, mmap时prot参数指定PROT_READ | PROT_WRITE会怎样?
错误，返回MAP_FAILED
open()函数中的权限建议和prot参数的权限保持一致。prot参数中的权限要小于等于open的权限

3.如果文件偏移量为1000会怎样?
偏移量必须是4K的整数倍，返回MAP_FAILED

4.mmap什么情况下会调用失败?
- 第二个参数：length = 0
- 第三个参数：prot
- 只指定了写权限
- prot PROT_READ | PROT_WRITE
第5个参数fd 通过open函数时指定的 O_RDONLY / O_WRONLY
-偏移量不是4KB的整数倍

5.可以open的时候O_CREAT一个新文件来创建映射区吗?
- 可以的，但是创建的文件的大小如果为0的话，肯定不行
- 可以对新的文件进行扩展
- lseek() 移动偏移量
- truncate()

6.mmap后关闭文件描述符，对mmap映射有没有影响？
int fd = open(“XXX”);
mmap(,fd,0);
close(fd);
映射区还存在，创建映射区的fd被关闭，没有任何影响。

7.对ptr越界操作会怎样？

void * ptr = mmap(NULL, 100，…);长度为100字节
4K 分页大小
越界操作操作的是非法的内存 -> 段错误

使用内存映射实现内存拷贝的功能

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 <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main() {

    // 1.对原始的文件进行内存映射
    int fd = open("english.txt", O_RDWR);
    if(fd == -1) {
        perror("open");
        exit(0);
    }

    // 获取原始文件的大小
    int len = lseek(fd, 0, SEEK_END);

    // 2.创建一个新文件（拓展该文件）
    int fd1 = open("cpy.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0664);
    if(fd1 == -1) {
        perror("open");
        exit(0);
    }
    
    // 对新创建的文件进行拓展
    truncate("cpy.txt", len);
    write(fd1, " ", 1);//写入一个空数据

    // 3.分别做内存映射
    void * ptr = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    void * ptr1 = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd1, 0);

    if(ptr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(0);
    }

    if(ptr1 == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(0);
    }

    // 内存拷贝
    memcpy(ptr1, ptr, len);
    
    // 释放资源
    munmap(ptr1, len);
    munmap(ptr, len);

    close(fd1);
    close(fd);

    return 0;
}

匿名映射

匿名映射：不需要文件实体进程一个内存映射，只能是父子进程之间

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

int main() {

    // 1.创建匿名内存映射区，MAP_ANONYMOUS：匿名映射
    int len = 4096;
    void * ptr = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    if(ptr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(0);
    }

    // 父子进程间通信
    pid_t pid = fork();

    if(pid > 0) {
        // 父进程写数据
        strcpy((char *) ptr, "hello, world");
        wait(NULL);
    }else if(pid == 0) {
        // 子进程读数据
        sleep(1);
        printf("%s\n", (char *)ptr);
    }

    // 释放内存映射区
    int ret = munmap(ptr, len);

    if(ret == -1) {
        perror("munmap");
        exit(0);
    }
    return 0;
}