linux 共享内存 mmap

在Linux系统编程中，mmap函数是一种用于实现内存映射的方法，它允许进程将一个文件或者其他对象映射到进程的地址空间，从而实现对文件或其他对象的访问，这种访问方式可以提高文件读写的效率，因为内存访问速度比磁盘访问速度快得多，本文将对mmap函数进行详细的技术介绍。

1、mmap函数的基本概念

mmap函数是Linux系统中的一个系统调用，它的原型如下：

include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

各个参数的含义如下：

addr：指定映射区的起始地址，通常设置为NULL，让系统自动选择映射区的起始地址。

length：指定映射区的长度，单位是字节。

prot：指定映射区的访问权限，可以是以下值的组合：

PROT_READ：可读；

PROT_WRITE：可写；

PROT_EXEC：可执行；

PROT_NONE：不可访问。

flags：指定映射区的属性，可以是以下值的组合：

MAP_SHARED：对映射区的写入操作会写回文件；

MAP_PRIVATE：对映射区的写入操作不会写回文件；

MAP_FIXED：使用指定的映射起始地址；

MAP_ANONYMOUS：创建一个匿名映射区。

fd：指定要映射的文件描述符，如果flags中没有设置MAP_SHARED或MAP_PRIVATE，则该参数无效。

offset：指定文件中要映射的部分的起始偏移量。

2、mmap函数的使用示例

下面是一个简单的mmap函数使用示例，该示例将一个文件映射到进程的地址空间，并对其进行读写操作：

include <fcntl.h>
include <unistd.h>
include <sys/mman.h>
include <sys/stat.h>
include <string.h>
include <stdio.h>
int main() {
    // 打开文件
    int fd = open("test.txt", O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }
    // 获取文件大小
    struct stat st;
    if (fstat(fd, &st) == -1) {
        perror("fstat");
        close(fd);
        return 1;
    }
    size_t length = st.st_size;
    // 创建映射区
    void *addr = mmap(NULL, length, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (addr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        close(fd);
        return 1;
    }
    // 写入数据
    const char *data = "Hello, mmap!";
    memcpy(addr, data, strlen(data));
    // 读取数据并打印到标准输出
    char buffer[strlen(data) + 1];
    memcpy(buffer, addr, strlen(data));
    buffer[strlen(data)] = '';
    printf("Read from mmap: %s
", buffer);
    // 关闭文件和解除映射区关系
    if (munmap(addr, length) == -1) {
        perror("munmap");
    } else {
        close(fd);
    }
    return 0;
}

3、mmap函数的优势与限制

mmap函数具有以下优势：

提高文件读写效率：由于内存访问速度比磁盘访问速度快得多，因此使用mmap函数可以提高文件读写的效率，特别是对于大文件的读写操作，mmap函数的性能优势更加明显。

减少内存拷贝次数：使用mmap函数进行文件读写时，只需要进行一次内存拷贝操作，而不需要多次从磁盘读取数据到用户空间，再将数据写入磁盘，这可以减少内存拷贝次数，降低CPU负载。

支持内存共享：通过设置MAP_SHARED标志，多个进程可以共享同一个文件的映射区，这样可以实现进程间的数据共享和通信。

支持内存映射文件和匿名映射区：mmap函数不仅可以用于文件的映射，还可以用于匿名映射区（例如堆、栈等）的创建，这使得mmap函数具有更广泛的应用场景。