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，将文件或设备映射到内存中。 下面是两种类型 -

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，不受任何文件的支持。 内容被初始化为零。 这种映射类似于动态内存分配(malloc())，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进程中的映射共享。 这可以通过两种方式完成 -

• 当两个进程映射文件的同一个区域时，它们共享相同的物理内存页面。
• 如果创建了一个子进程，它将继承父进程的映射，并且这些映射引用与父进程相同的物理内存页面。 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时，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更改。 映射类型可以是私有的也可以是共享的 -

• 私有映射(MAP_PRIVATE) - 对此映射的内容所做的修改对其他进程是不可见的，并且映射不会传递到底层文件。
• 共享映射(MAP_SHARED) - 对此映射内容的修改对其他进程可见，并将映射传送到底层文件。

#include <sys/mman.h>

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

上述系统调用返回成功映射的起始地址，或者返回MAP_FAILED出错。

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表示内存保护值，例如PROT_NONE，PROT_READ，PROT_WRITE，PROT_EXEC分别表示不可访问，读取，写入或执行的区域。 该值可以是单个(PROT_NONE)，也可以是三个标志中的任何一个(最后3个)。 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，offset应该是零。

#include <sys/mman.h>

int munmap(void *addr, size_t length);

上述系统调用在成功时返回0，错误时返回-1。

系统调用munmap，执行已映射内存区域的映射。 字段addr指示映射的起始地址，length指示要被映射的映射的大小(以字节为单位)。 通常，映射和解映射将针对整个映射区域。 如果这必须有所不同，那么它应该被缩小或分成两部分。 如果addr没有任何映射，这个调用将不起作用，调用返回0(成功)。

让我们考虑一个例子 -

第1步 - 写入文件如下所示的字母数字字符 -

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

第3步 - 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。
第4步 - 重复读取文件内容，直到用户输入“-1”(表示访问结束)。
第5步 - 执行清理活动，即取消映射映射的内存区域(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;
}

执行上面示例代码，得到以下结果 -

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