内存映射

mmap()系统调用在调用进程的虚拟地址空间中提供映射,该映射将文件或设备映射到内存中.这有两种类型 :

文件映射或文件支持的映射 : 此映射将进程的虚拟内存区域映射到文件.这意味着读取或写入这些内存区域会导致文件被读取或写入.这是默认的映射类型.

匿名映射 : 此映射映射进程的虚拟内存区域,而不受任何文件的支持.内容初始化为零.此映射类似于动态内存分配(malloc()),并在某些malloc()实现中用于某些分配.

一个进程映射中的内存可以与其他映射中的映射共享流程.这可以通过两种方式完成 :

  • 当两个进程映射文件的同一区域时,它们共享相同的区域物理内存的页面.

  • 如果创建子进程,它会继承父进程的映射,这些映射指的是与物理内存相同的物理内存页面.家长.在子进程中的任何数据更改后,将为子进程创建不同的页面.

当两个或多个进程共享相同的页面,每个进程可以根据映射类型查看其他进程所做的页面内容的更改.映射类型可以是私有或共享 :

私有映射(MAP_PRIVATE) : 对此映射内容的修改对其他进程不可见,并且映射不会传送到基础文件.

共享映射(MAP_SHARED) : 对此映射内容的修改对其他进程可见,映射将传递到基础文件.

#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

上述系统调用在成功时返回映射的起始地址,或者在出错时返回MAP_FAILED.

虚拟地址addr,可以是用户指定的,也可以是内核生成的(将addr作为NULL传递).指示的字段长度需要以字节为单位的映射大小.字段prot表示存储器保护值,例如PROT_NONE,PROT_READ,PROT_WRITE,PROT_EXEC,分别用于可能无法访问,读取,写入或执行的区域.该值可以是单个(PROT_NONE),也可以与三个标志中的任何一个(最后3个)进行OR运算.字段标志指示映射类型或MAP_PRIVATE或MAP_SHARED.字段'fd'表示标识要映射的文件的文件描述符,字段'offset'表示文件的起始点,如果需要映射整个文件,则偏移量应为零.

 
 #include< sys/mman.h> 
 int munmap(void * addr,size_t length);

上述系统调用在成功时返回0或在出错时返回-1.

系统调用munmap,执行取消映射已经存储器映射的区域.字段addr表示映射的起始地址,长度表示要取消映射的映射的字节大小.通常,映射和取消映射将用于整个映射区域.如果必须有所不同,则应将其缩小或分成两部分.如果addr没有任何映射,则此调用无效,并且调用返回0(成功).

让我们考虑一个示例 :

第1步 : 写入文件Alpha数字字符如下所示 :

0 1 2 ... 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 ... 59 60 61
A B C ... Z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b c ... x y z

第2步 : 使用mmap()系统调用将文件内容映射到内存中.这将在映射到内存后返回起始地址.

步骤3 : 使用数组表示法访问文件内容(也可以使用指针表示法访问),因为不会读取昂贵的read()系统调用.使用内存映射,避免在用户空间,内核空间缓冲区和缓冲区缓存之间进行多次复制.

步骤4 : 重复读取文件内容,直到用户输入"-1"(表示访问结束).

步骤5 : 执行清理活动,即取消映射内存区域(munmap()),关闭文件并删除文件.

/* Filename: mmap_test.c */
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
void write_mmap_sample_data();

int main() {
   struct stat mmapstat;
   char *data;
   int minbyteindex;
   int maxbyteindex;
   int offset;
   int fd;
   int unmapstatus;
   write_mmap_sample_data();
   if (stat("MMAP_DATA.txt", &mmapstat) == -1) {
      perror("stat failure");
      return 1;
   }
   
   if ((fd = open("MMAP_DATA.txt", O_RDONLY)) == -1) {
      perror("open failure");
      return 1;
   }
   data = mmap((caddr_t)0, mmapstat.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
   
   if (data == (caddr_t)(-1)) {
      perror("mmap failure");
      return 1;
   }
   minbyteindex = 0;
   maxbyteindex = mmapstat.st_size - 1;
   
   do {
      printf("Enter -1 to quit or ");
      printf("enter a number between %d and %d: ", minbyteindex, maxbyteindex);
      scanf("%d",&offset);
      if ( (offset >= 0) && (offset <= maxbyteindex) )
      printf("Received char at %d is %c\n", offset, data[offset]);
      else if (offset != -1)
      printf("Received invalid index %d\n", offset);
   } while (offset != -1);
   unmapstatus = munmap(data, mmapstat.st_size);
   
   if (unmapstatus == -1) {
      perror("munmap failure");
      return 1;
   }
   close(fd);
   system("rm -f MMAP_DATA.txt");
   return 0;
}

void write_mmap_sample_data() {
   int fd;
   char ch;
   struct stat textfilestat;
   fd = open("MMAP_DATA.txt", O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY, 0666);
   if (fd == -1) {
      perror("File open error ");
      return;
   }
   // Write A to Z
   ch = 'A';
   
   while (ch <= 'Z') {
      write(fd, &ch, sizeof(ch));
      ch++;
   }
   // Write 0 to 9
   ch = '0';
   
   while (ch <= '9') {
      write(fd, &ch, sizeof(ch));
      ch++;
   }
   // Write a to z
   ch = 'a';
   
   while (ch <= 'z') {
      write(fd, &ch, sizeof(ch));
      ch++;
   }
   close(fd);
   return;
}

输出

Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 3 
Received char at 3 is D 
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 28
Received char at 28 is 2 
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 38 
Received char at 38 is c 
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 59 
Received char at 59 is x 
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 65 
Received invalid index 65 
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: -99 
Received invalid index -99 
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: -1