Linux系統調用-- mmap/munmap函數詳解

功能描述：
mmap將一個文件或者其它對象映射進內存。文件被映射到多個頁上，如果文件的大小不是所有頁的大小之和，最後一個頁不被使用的空間將會清零。munmap執行相反的操作，刪除特定地址區域的對象映射。
基 於文件的映射，在mmap和munmap執行過程的任何時刻，被映射文件的st_atime可能被更新。如果st_atime字段在前述的情況下沒有得到 更新，首次對映射區的第一個頁索引時會更新該字段的值。用PROT_WRITE 和 MAP_SHARED標誌建立起來的文件映射，其st_ctime和 st_mtime在對映射區寫入之後，但在msync()通過MS_SYNC 和 MS_ASYNC兩個標誌調用之前會被更新。
用法：  
#include
void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags,
    int fd, off_t offset);
int munmap(void *start, size_t length);
參數：   
start：映射區的開始地址。
length：映射區的長度。
prot：期望的內存保護標誌，不能與文件的打開模式衝突。是以下的某個值，可以通過or運算合理地組合在一起
PROT_EXEC //頁內容可以被執行
PROT_READ  //頁內容可以被讀取
PROT_WRITE //頁可以被寫入
PROT_NONE  //頁不可訪問
flags：指定映射對象的類型，映射選項和映射頁是否可以共享。它的值可以是一個或者多個以下位的組合體
MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len參數指定的內存區重疊於現存的映射空間，重疊部分將會被丟棄。如果指定的起始地址不可用，操作將會失敗。並且起始地址必須落在頁的邊界上。
MAP_SHARED //與其它所有映射這個對象的進程共享映射空間。對共享區的寫入，相當於輸出到文件。直到msync()或者munmap()被調用，文件實際上不會被更新。
MAP_PRIVATE //建立一個寫入時拷貝的私有映射。內存區域的寫入不會影響到原文件。這個標誌和以上標誌是互斥的，只能使用其中一個。
MAP_DENYWRITE //這個標誌被忽略。
MAP_EXECUTABLE //同上
MAP_NORESERVE //不要爲這個映射保留交換空間。當交換空間被保留，對映射區修改的可能會得到保證。當交換空間不被保留，同時內存不足，對映射區的修改會引起段違例信號。
MAP_LOCKED //鎖定映射區的頁面，從而防止頁面被交換出內存。
MAP_GROWSDOWN //用於堆棧，告訴內核VM系統，映射區可以向下擴展。
MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射區不與任何文件關聯。
MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的別稱，不再被使用。
MAP_FILE //兼容標誌，被忽略。
MAP_32BIT //將映射區放在進程地址空間的低2GB，MAP_FIXED指定時會被忽略。當前這個標誌只在x86-64平臺上得到支持。
MAP_POPULATE //爲文件映射通過預讀的方式準備好頁表。隨後對映射區的訪問不會被頁違例阻塞。
MAP_NONBLOCK //僅和MAP_POPULATE一起使用時纔有意義。不執行預讀，只爲已存在於內存中的頁面建立頁表入口。
fd：有效的文件描述詞。如果MAP_ANONYMOUS被設定，爲了兼容問題，其值應爲-1。
offset：被映射對象內容的起點。
  
   
返回說明：   
成功執行時，mmap()返回被映射區的指針，munmap()返回0。失敗時，mmap()返回MAP_FAILED[其值爲(void *)-1]，munmap返回-1。errno被設爲以下的某個值   
EACCES：訪問出錯
EAGAIN：文件已被鎖定，或者太多的內存已被鎖定
EBADF：fd不是有效的文件描述詞
EINVAL：一個或者多個參數無效
ENFILE：已達到系統對打開文件的限制
ENODEV：指定文件所在的文件系統不支持內存映射
ENOMEM：內存不足，或者進程已超出最大內存映射數量
EPERM：權能不足，操作不允許
ETXTBSY：已寫的方式打開文件，同時指定MAP_DENYWRITE標誌
SIGSEGV：試着向只讀區寫入
SIGBUS：試着訪問不屬於進程的內存區

mmap系統調用並不是完全爲了用於共享內存而設計的。它本身提供了不同於一般對普通文件的訪問方式，進程可以像讀寫內存一樣對普通文件的操作。而Posix或系統V的共享內存IPC則純粹用於共享目的，當然mmap()實現共享內存也是其主要應用之一。

          mmap系統調用使得進程之間通過映射同一個普通文件實現共享內存。普通文件被映射到進程地址空間後，進程可以像訪問普通內存一樣對文件進行訪問，不必再 調用read()，write（）等操作。mmap並不分配空間, 只是將文件映射到調用進程的地址空間裏, 然後你就可以用memcpy等操作寫文件, 而不用write()了.寫完後用msync()同步一下, 你所寫的內容就保存到文件裏了. 不過這種方式沒辦法增加文件的長度, 因爲要映射的長度在調用mmap()的時候就決定了.

簡單說就是把一個文件的內容在內存裏面做一個映像，內存比磁盤快些。

基本上它是把一個檔案對應到你的virtual memory 中的一段，並傳回一個指針。

以後對這段 memory 做存取時，其實就是對那個檔做存取。

它就是一種快速 file I/O 的東東，而且使用上和存取 memory 一樣方便，只不過會佔掉你的 virutal memory。

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h> //文件狀態結構

#include <unistd.h>

#include <sys/mman.h> //mmap頭文件

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

mmap開啓記憶體對映。

參數fd爲即將映射到進程空間的文件描述字，一般由open()返回，同時，fd可以指定爲-1，此時須指定flags參數中的MAP_ANON，表明進行的是匿名映射（不涉及具體的文件名，避免了文件的創建及打開，很顯然只能用於具有親緣關係的進程間通信）。

len是映射到調用進程地址空間的字節數，它從被映射文件開頭offset個字節開始算起。

 prot參數指定共享內存的訪問權限。可取如下幾個值的或：PROT_READ（可讀）,PROT_WRITE（可寫）,PROT_EXEC（可執行）,PROT_NONE（不可訪問）。

flags由以下幾個常值指定：MAP_SHARED, MAP_PRIVATE, MAP_FIXED。其中，MAP_SHARED,MAP_PRIVATE必選其一，而MAP_FIXED則不推薦使用。 如果指定爲 MAP_SHARED，則對映射的內存所做的修改同樣影響到文件。如果是MAP_PRIVATE，則對映射的內存所做的修改僅對該進程可見，對文件沒有影 響。

offset參數一般設爲0，表示從文件頭開始映射。

int munmap(void *start, size_t length);

int msync(const void *start, size_t length, int flags);

如果開啓記憶體對映是希望寫入檔案中，那麼修改過的記憶體會在一段時間內與檔案稍稍有點不同。如果您希望立即將資料寫入檔案中，可使用msync。

start爲記憶體開始位置，length爲長度。

flags則有三個：

MS_ASYNC : 請Kernel快將資料寫入。

MS_SYNC : 在msync結束返回前，將資料寫入。

MS_INVALIDATE : 讓核心自行決定是否寫入，僅在特殊狀況下使用

 

例子:

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/mman.h>

int main()

{

 int fd;

 if ( (fd = open("./file", O_RDWR|O_CREAT, S_IRWXU)) < 0){

  printf("open file wrong!");

  exit(1);

 }

 

 struct stat file_stat;

 if ( fstat( fd, &file_stat) < 0 )

 {

  printf(" fstat wrong");

  exit(1);

 }

 

 void *start_fp;

 if( ( start_fp = mmap(NULL, file_stat.st_size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0 )) == MAP_FAILED)

 {

  printf("mmap wrong");

  exit(0);

 }

  snprintf( (char *)start_fp, 4, "test");

  msync( start_fp, file_stat.st_size, MS_ASYNC);

  if ( munmap( start_fp, file_stat.st_size ) < 0 )

  {

  printf("munmap wrong");

  exit(1);

  }

}

 

 

 

 

 

mmap()及其相關係統調用

mmap()系統調用使得進程之間通過映射同一個普通文件實現共享內存。普通文件被映射到進程地址空間後，進程可以向訪問普通內存一樣對文件進行訪問，不必再調用read()，write（）等操作。

注：實際上，mmap()系統調用並不是完全爲了用於共享內存而設計的。它本身提供了不同於一般對普通文件的訪問方式，進程可以像讀寫內存一樣對普通文件的操作。而Posix或系統V的共享內存IPC則純粹用於共享目的，當然mmap()實現共享內存也是其主要應用之一。

1、mmap()系統調用形式如下：

void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset ) 參數fd爲即將映射到進程空間的文件描述字，一般由open()返回，同時，fd可以指定爲-1，此時須指定flags參數中的MAP_ANON，表明進 行的是匿名映射（不涉及具體的文件名，避免了文件的創建及打開，很顯然只能用於具有親緣關係的進程間通信）。len是映射到調用進程地址空間的字節數，它 從被映射文件開頭offset個字節開始算起。prot 參數指定共享內存的訪問權限。可取如下幾個值的或：PROT_READ（可讀） , PROT_WRITE （可寫）, PROT_EXEC （可執行）, PROT_NONE（不可訪問）。flags由以下幾個常值指定：MAP_SHARED , MAP_PRIVATE , MAP_FIXED，其中，MAP_SHARED , MAP_PRIVATE必選其一，而MAP_FIXED則不推薦使用。offset參數一般設爲0，表示從文件頭開始映射。參數addr指定文件應被映射 到進程空間的起始地址，一般被指定一個空指針，此時選擇起始地址的任務留給內核來完成。函數的返回值爲最後文件映射到進程空間的地址，進程可直接操作起始 地址爲該值的有效地址。這裏不再詳細介紹mmap()的參數，讀者可參考mmap()手冊頁獲得進一步的信息。

2、系統調用mmap()用於共享內存的兩種方式：

（1）使用普通文件提供的內存映射：適用於任何進程之間；此時，需要打開或創建一個文件，然後再調用mmap()；典型調用代碼如下：

fd=open(name, flag, mode); if(fd<0) ...

ptr=mmap(NULL, len , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED , fd , 0); 通過mmap()實現共享內存的通信方式有許多特點和要注意的地方，我們將在範例中進行具體說明。

（2）使用特殊文件提供匿名內存映射：適用於具有親緣關係的進程之間；由於父子進程特殊的親緣關係，在父進程中先調用mmap()，然後調 用fork()。那麼在調用fork()之後，子進程繼承父進程匿名映射後的地址空間，同樣也繼承mmap()返回的地址，這樣，父子進程就可以通過映射 區域進行通信了。注意，這裏不是一般的繼承關係。一般來說，子進程單獨維護從父進程繼承下來的一些變量。而mmap()返回的地址，卻由父子進程共同維 護。 對於具有親緣關係的進程實現共享內存最好的方式應該是採用匿名內存映射的方式。此時，不必指定具體的文件，只要設置相應的標誌即可，參見範例2。

3、系統調用munmap()

int munmap( void * addr, size_t len ) 該調用在進程地址空間中解除一個映射關係，addr是調用mmap()時返回的地址，len是映射區的大小。當映射關係解除後，對原來映射地址的訪問將導致段錯誤發生。

4、系統調用msync()

int msync ( void * addr , size_t len, int flags) 一般說來，進程在映射空間的對共享內容的改變並不直接寫回到磁盤文件中，往往在調用munmap（）後才執行該操作。可以通過調用msync()實現磁盤上文件內容與共享內存區的內容一致