linux mmap初解

接口：

#include <sys/mman.h>

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

int munmap(void *start, size_t length);

 

参数说明：

start：映射区的开始地址，设置为0时表示由系统决定映射区的起始地址。

length：映射区的长度。//长度单位是 以字节为单位，不足一内存页按一内存页处理

prot：期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值，可以通过or运算合理地组合在一起

PROT_EXEC //页内容可以被执行

PROT_READ //页内容可以被读取

PROT_WRITE //页可以被写入

PROT_NONE //页不可访问

flags：指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体

MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。

MAP_SHARED //与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。

MAP_PRIVATE //建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个。

MAP_DENYWRITE //这个标志被忽略。

MAP_EXECUTABLE //同上

MAP_NORESERVE //不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。

MAP_LOCKED //锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。

MAP_GROWSDOWN //用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。

MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射区不与任何文件关联。

MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。

MAP_FILE //兼容标志，被忽略。

MAP_32BIT //将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。

MAP_POPULATE //为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。

MAP_NONBLOCK //仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。

fd：有效的文件描述词。一般是由open()函数返回，其值也可以设置为-1，此时需要指定flags参数中的MAP_ANON,表明进行的是匿名映射。

offset：被映射对象内容的起点。

 

返回值：

成功执行时，mmap()返回被映射区的指针，munmap()返回0。失败时，mmap()返回MAP_FAILED[其值为(void *)-1]，munmap返回-1。errno被设为以下的某个值

EACCES：访问出错

EAGAIN：文件已被锁定，或者太多的内存已被锁定

EBADF：fd不是有效的文件描述词

EINVAL：一个或者多个参数无效

ENFILE：已达到系统对打开文件的限制

ENODEV：指定文件所在的文件系统不支持内存映射

ENOMEM：内存不足，或者进程已超出最大内存映射数量

EPERM：权能不足，操作不允许

ETXTBSY：已写的方式打开文件，同时指定MAP_DENYWRITE标志

SIGSEGV：试着向只读区写入

SIGBUS：试着访问不属于进程的内存区

 

范例：

下面将给出使用mmap()的一个范例：范例1给出两个进程通过映射普通文件实现共享内存通信；系统调用 mmap()有许多有趣的地方，下面是通过mmap（）映射普通文件实现进程间的通信的范例，我们通过该范例来说明mmap()实现共享内存的特点及注意事项。
　　范例1：两个进程通过映射普通文件实现共享内存通信
　　范例1包含两个子程序：map_normalfile1.c及map_normalfile2.c。编译两个程序，可执行文件分别为 map_normalfile1及map_normalfile2。两个程序通过命令行参数指定同一个文件来实现共享内存方式的进程间通信。 map_normalfile2试图打开命令行参数指定的一个普通文件，把该文件映射到进程的地址空间，并对映射后的地址空间进行写操作。 map_normalfile1把命令行参数指定的文件映射到进程地址空间，然后对映射后的地址空间执行读操作。这样，两个进程通过命令行参数指定同一个文件来实现共享内存方式的进程间通信。

 

下面是两个程序代码： 　　/*-------------map_normalfile1.c-----------*/ 　　#include <sys/mman.h> 　　#include <sys/types.h> 　　#include <fcntl.h>#include<string.h>#include<stdio.h>　　#include <unistd.h> 　　typedef struct{ 　　char name[4]; 　　int age; 　　}people; 　　main(int argc, char** argv) // map a normal file as shared mem: 　　{ 　　int fd,i; 　　people *p_map; 　　char temp; 　　fd=open(argv[1],O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,00777); 　　lseek(fd,sizeof(people)*5-1,SEEK_SET); 　　write(fd,"",1); 　　p_map = (people*) mmap( NULL,sizeof(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0 ); 　　close( fd ); 　　temp = 'a'; 　　for(i=0; i<10; i++) 　　{ 　　temp += 1; 　　memcpy( ( *(p_map+i) ).name, &temp,2 ); 　　( *(p_map+i) ).age = 20+i; 　　} 　　printf(" initialize over \n ")； 　　sleep(10); 　　munmap( p_map, sizeof(people)*10 ); 　　printf( "umap ok \n" ); 　　} 

　　/*-------------map_normalfile2.c-----------*/ 　　#include <sys/mman.h> 　　#include <sys/types.h> 　　#include <fcntl.h>#include<stdio.h>　　#include <unistd.h> 　　typedef struct{ 　　char name[4]; 　　int age; 　　}people; 　　main(int argc, char** argv) // map a normal file as shared mem: 　　{ 　　int fd,i; 　　people *p_map; 　　fd=open( argv[1],O_CREAT|O_RDWR,00777 ); 　　p_map = (people*)mmap(NULL,sizeof(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0); 　　for(i = 0;i<10;i++) 　　{ 　　printf( "name: %s age %d;\n",(*(p_map+i)).name, (*(p_map+i)).age ); 　　} 　　munmap( p_map,sizeof(people)*10 ); 　　}

结论：
　　从程序的运行结果中可以得出的结论
　　1、 最终被映射文件的内容的长度不会超过文件本身的初始大小，即映射不能改变文件的大小；
　　2、可以用于进程通信的有效地址空间大小大体上受限于被映射文件的大小，但不完全受限于文件大小。打开文件被截短为5个people结构大小，而在 map_normalfile1中初始化了10个people数据结构，在恰当时候（map_normalfile1输出initialize over 之后，输出umap ok之前）调用map_normalfile2会发现map_normalfile2将输出全部10个people结构的值，后面将给出详细讨论。
　　注：在linux中，内存的保护是以页为基本单位的，即使被映射文件只有一个字节大小，内核也会为映射分配一个页面大小的内存。当被映射文件小于一个页面大小时，进程可以对从mmap()返回地址开始的一个页面大小进行访问，而不会出错；但是，如果对一个页面以外的地址空间进行访问，则导致错误发生，后面将进一步描述。因此，可用于进程间通信的有效地址空间大小不会超过文件大小及一个页面大小的和。
　　3、文件一旦被映射后，调用mmap()的进程对返回地址的访问是对某一内存区域的访问，暂时脱离了磁盘上文件的影响。所有对mmap()返回地址空间的操作只在内存中有意义，只有在调用了munmap()后或者msync()时，才把内存中的相应内容写回磁盘文件，所写内容仍然不能超过文件的大小。