Linux内存映射--mmap函数

Linux提供了内存映射函数mmap, 它把文件内容映射到一段内存上(准确说是虚拟内存上), 通过对这段内存的读取和修改, 实现对文件的读取和修改, 先来看一下mmap的函数声明:

头文件:
- <unistd.h>
- <sys/mman.h>
原型: void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offsize);
返回值: 成功则返回映射区起始地址, 失败则返回MAP_FAILED(-1).
参数:
- addr: 指定映射的起始地址, 通常设为NULL, 由系统指定.
- length: 将文件的多大长度映射到内存.
- prot: 映射区的保护方式, 可以是:
  - PROT_EXEC: 映射区可被执行.
  - PROT_READ: 映射区可被读取.
  - PROT_WRITE: 映射区可被写入.
  - PROT_NONE: 映射区不能存取.
- flags: 映射区的特性, 可以是:
  - MAP_SHARED: 对映射区域的写入数据会复制回文件, 且允许其他映射该文件的进程共享.
  - MAP_PRIVATE: 对映射区域的写入操作会产生一个映射的复制(copy-on-write), 对此区域所做的修改不会写回原文件.
  - 此外还有其他几个flags不很常用, 具体查看linux C函数说明.
- fd: 由open返回的文件描述符, 代表要映射的文件.
- offset: 以文件开始处的偏移量, 必须是分页大小的整数倍, 通常为0, 表示从文件头开始映射.

下面说一下内存映射的步骤:

用open系统调用打开文件, 并返回描述符fd.
用mmap建立内存映射, 并返回映射首地址指针start.
对映射(文件)进行各种操作, 显示(printf), 修改(sprintf).
用munmap(void *start, size_t lenght)关闭内存映射.
用close系统调用关闭文件fd.

注意事项:

在修改映射的文件时, 只能在原长度上修改, 不能增加文件长度, 因为内存是已经分配好的.

内存映射，简而言之就是将用户空间的一段内存区域映射到内核空间，映射成功后，用户对这段内存区域的修改可以直接反映到内核空间，相反，内核空间对这段区域的修改也直接反映用户空间。那么对于内核空间<---->用户空间两者之间需要大量数据传输等操作的话效率是非常高的。

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

/*
   void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);
//该函数把一个文件或一个posix共享内存区对象映射到调用进程的进程。
1.start:一般可以为NULL;
2.length:映射的字节大小;
3.prot:对映射存储的权限访问(PROT_NONE:不可访问;PROT_READ:可读;
PROT_WRITE:可写;PROT_EXEC:可执行);
4.flags:MAP_FIXED、MAP_SHARED(对内存的操作同样影响文件)、MAP_PRIVATE
5.文件描述附
6.要偏移的位置(SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END)

int munmap(void *start, size_t length);
//该函数用于取消映射
 */

#define FILENAME1 "./lhw1"
#define FILENAME2 "./lhw2"
#define OPEN_FLAG O_RDWR|O_CREAT
#define OPEN_MODE 00777
#define FILE_SIZE 4096*4

static int my_mmap(int dst, int src)
{
	int ret = -1;
	void* add_src = NULL;
	void* add_dst = NULL;
	struct stat buf = {0};

	//获取打开文件的详细信息（主要要取得读文件的大小）
	ret = fstat(src, &buf);
	if(-1 == ret)
	{
		perror("fstat failed: ");
		goto _OUT;
	}
	//映射源文件的存储区
	add_src = mmap(NULL, buf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, src, SEEK_SET);
	if(NULL == add_src)
	{
		perror("mmap src failed: ");
		goto _OUT;
	}

	//lseek dst（制造文件空洞，使其有一定大小，没有大小会出错)
	ret = lseek(dst, buf.st_size, SEEK_SET);
	if(-1 == ret)
	{
		perror("lseek dst faile: ");
		goto _OUT;
	}
	//write dst
	ret = write(dst, "w", 1);
	if(-1 == ret)
	{
		perror("write dst faile: ");
		goto _OUT;
	}

	//映射目标文件的存储区
	add_dst = mmap(NULL, buf.st_size, PROT_WRITE, MAP_SHARED, dst, SEEK_SET);
	if(NULL == add_dst)
	{
		perror("mmap src failed: ");
		goto _OUT;
	}

	//memcpy 将源文件内存add_src的内容拷贝到目标文件add_dst，通过内存共享
	memcpy(add_dst, add_src, buf.st_size);

	//取消映射
	ret = munmap(add_src, buf.st_size);
	if(-1 == ret)
	{
		perror("munmap src faile: ");
		goto _OUT;
	}
	ret = munmap(add_dst, buf.st_size);
	if(-1 == ret)
	{
		perror("munmap dst faile: ");
		goto _OUT;
	}

_OUT:
	return ret;
}

int main(void)
{
	int ret = -1;
	int fd1 = -1;
	int fd2 = -1;

	//open fd1
	fd1 = open(FILENAME1, OPEN_FLAG, OPEN_MODE);
	if(-1 == (ret = fd1))
	{
		perror("open fd1 failed: ");
		goto _OUT;
	}
	//write fd1
	ret = write(fd1, "howaylee", sizeof("howaylee"));
	if(-1 == ret)
	{
		perror("write failed: ");
		goto _OUT;
	}
	//open fd2
	fd2 = open(FILENAME2, OPEN_FLAG, OPEN_MODE);
	if(-1 == (ret = fd2))
	{
		perror("open fd2 failed: ");
		goto _OUT;
	}
	//mmap
	my_mmap(fd2, fd1);

_OUT:
	return ret;
}

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Linux内存映射--mmap函数

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