Linux内存映射--mmap函数

时间：2022-10-10 16:16:32

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。

[cpp] view plaincopyprint?
  1. #include <sys/types.h>  
  2. #include <sys/stat.h>  
  3. #include <fcntl.h>  
  4. #include <stdio.h>  
  5. #include <sys/mman.h>  
  6. #include <string.h>  
  7. #include <errno.h>  
  8. #include <unistd.h>  
  9.   
  10. /* 
  11.    void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset); 
  12. //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。 
  13. 1.start:一般可以为NULL; 
  14. 2.length:映射的字节大小; 
  15. 3.prot:对映射存储的权限访问(PROT_NONE:不可访问;PROT_READ:可读; 
  16. PROT_WRITE:可写;PROT_EXEC:可执行); 
  17. 4.flags:MAP_FIXED、MAP_SHARED(对内存的操作同样影响文件)、MAP_PRIVATE 
  18. 5.文件描述附 
  19. 6.要偏移的位置(SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END) 
  20.  
  21. int munmap(void *start, size_t length); 
  22. //该函数用于取消映射 
  23.  */  
  24.   
  25. #define FILENAME1 "./lhw1"  
  26. #define FILENAME2 "./lhw2"  
  27. #define OPEN_FLAG O_RDWR|O_CREAT  
  28. #define OPEN_MODE 00777  
  29. #define FILE_SIZE 4096*4  
  30.   
  31. static int my_mmap(int dst, int src)  
  32. {  
  33.     int ret = -1;  
  34.     void* add_src = NULL;  
  35.     void* add_dst = NULL;  
  36.     struct stat buf = {0};  
  37.   
  38.     //获取打开文件的详细信息（主要要取得读文件的大小）  
  39.     ret = fstat(src, &buf);  
  40.     if(-1 == ret)  
  41.     {  
  42.         perror("fstat failed: ");  
  43.         goto _OUT;  
  44.     }  
  45.     //映射源文件的存储区  
  46.     add_src = mmap(NULL, buf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, src, SEEK_SET);  
  47.     if(NULL == add_src)  
  48.     {  
  49.         perror("mmap src failed: ");  
  50.         goto _OUT;  
  51.     }  
  52.   
  53.     //lseek dst（制造文件空洞，使其有一定大小，没有大小会出错)  
  54.     ret = lseek(dst, buf.st_size, SEEK_SET);  
  55.     if(-1 == ret)  
  56.     {  
  57.         perror("lseek dst faile: ");  
  58.         goto _OUT;  
  59.     }  
  60.     //write dst  
  61.     ret = write(dst, "w", 1);  
  62.     if(-1 == ret)  
  63.     {  
  64.         perror("write dst faile: ");  
  65.         goto _OUT;  
  66.     }  
  67.   
  68.     //映射目标文件的存储区  
  69.     add_dst = mmap(NULL, buf.st_size, PROT_WRITE, MAP_SHARED, dst, SEEK_SET);  
  70.     if(NULL == add_dst)  
  71.     {  
  72.         perror("mmap src failed: ");  
  73.         goto _OUT;  
  74.     }  
  75.   
  76.     //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  
  77.     memcpy(add_dst, add_src, buf.st_size);  
  78.       
  79.     //取消映射  
  80.     ret = munmap(add_src, buf.st_size);  
  81.     if(-1 == ret)  
  82.     {  
  83.         perror("munmap src faile: ");  
  84.         goto _OUT;  
  85.     }  
  86.     ret = munmap(add_dst, buf.st_size);  
  87.     if(-1 == ret)  
  88.     {  
  89.         perror("munmap dst faile: ");  
  90.         goto _OUT;  
  91.     }  
  92.   
  93. _OUT:  
  94.     return ret;  
  95. }  
  96.   
  97. int main(void)  
  98. {  
  99.     int ret = -1;  
  100.     int fd1 = -1;  
  101.     int fd2 = -1;  
  102.   
  103.     //open fd1  
  104.     fd1 = open(FILENAME1, OPEN_FLAG, OPEN_MODE);  
  105.     if(-1 == (ret = fd1))  
  106.     {  
  107.         perror("open fd1 failed: ");  
  108.         goto _OUT;  
  109.     }  
  110.     //write fd1  
  111.     ret = write(fd1, "howaylee", sizeof("howaylee"));  
  112.     if(-1 == ret)  
  113.     {  
  114.         perror("write failed: ");  
  115.         goto _OUT;  
  116.     }  
  117.     //open fd2  
  118.     fd2 = open(FILENAME2, OPEN_FLAG, OPEN_MODE);  
  119.     if(-1 == (ret = fd2))  
  120.     {  
  121.         perror("open fd2 failed: ");  
  122.         goto _OUT;  
  123.     }  
  124.     //mmap  
  125.     my_mmap(fd2, fd1);  
  126.   
  127. _OUT:     
  128.     return ret;  
  129. }  
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