【Linux】存储映射IO-mmap

存储映射IO使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区相映射，于是当从缓冲区中取数据时，就相当于读文件中的相应字节，与此类似，将数据存入缓冲区，相应字节就自动地写入文件，这样就可以在不使用read和write的情况下执行IO操作。为了使用这种功能，首先应该告诉内核将一个给定的文件映射到一个存储区域，这是由mmap函数实现的。

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

mmap成功时返回映射存储区的首地址，失败时返回MAP_FAILED，实际上是“(void*)-1”，并设置相应的errno。
mmap的addr参数用于指定映射存储区的起始地址，通常将其设置为0，这表示由系统选择该映射区的起始地址，此函数的返回地址是该映射区的起始地址。
mmap的fd参数指定要被映射文件的描述符，在映射该文件到一个地址空间之前，先要打开该文件。
mmap的length参数是映射的字节数。
mmap的offset参数是要映射字节在文件中的起始偏移量。
mmap的prot参数说明对映射存储区的保护要求，但不能超过文件open模式访问权限，prot可选值如下：
PROT_EXEC Pages may be executed.
PROT_READ Pages may be read.
PROT_WRITE Pages may be written.
PROT_NONE Pages may not be accessed.
mmap的flags参数影响映射存储区的多种属性，形如MAP_XXX，其中MAP_SHARED和MAP_PRIVATE两者必须选择其一，MAP_SHARED表示对映射存储区的修改将影响原文件，而MAP_PRIVATE表示引用文件的一个副本，对映射存储区的修改并不影响原文件。
需要注意的是，addr和offset一般为0，但设置的话通常为系统虚拟存储页长度的倍数；SIGSEGV和SIGBUS是两个与映射存储相关的信号，前者通常用于指示进程试图访问对它不可用的存储区，如修改只读的映射存储区，后者指示访问映射区不存在的部分。

mprotect函数可以更改一个现有映射存储区的权限，其参数prot同mmap的prot参数。

msync函数用于冲洗被修改的页到被映射的文件中，如果映射存储区是私有的则不修改原文件，其参数flags有几个可选值，MS_ASYNC和MS_SYNC两者必选其一，MS_INVALIDATE是可选的。

munmap函数用于解除存储区的映射，进程终止时也会解除存储区的映射，但关闭文件则不解除。映射存储区为MAP_SHARED时，调用munmap之后，并不会使映射区的内容写到文件中，更新操作依赖于内核虚拟存储算法。

下面是一个用mmap复制文件的例子，与传统的read、write相比，不同操作系统下的用户和系统CPU时间可能不同，但时钟时间明显是mmap要比read、write快一点。因为：用read和write时，要先将数据从内核缓冲区复制read到应用程序缓冲区，然后又将应用程序缓冲区中的数据复制write到内核缓冲区；而mmap则直接将映射到应用程序地址空间的一个内核缓冲区中的数据复制到另一个同样映射到应用程序地址空间中的内核缓冲区中。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <fcntl.h>#include <sys/mman.h>int main(int argc, char *argv[]){    int fdin;    int fdout;    void *src;    void *dst;    struct stat statbuf;    if (3 != argc) {        printf("usage: %s <fromfile> <tofile>\n", argv[0]);        return -1;    }    if ((fdin = open(argv[1], O_RDONLY)) < 0) {        printf("can't create %s for reading\n", argv[1]);        return -1;    }    if ((fdout = open(argv[2], O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC)) < 0) {        printf("can't create %s for writing\n", argv[2]);        return -1;    }    if (fstat(fdin, &statbuf) < 0) {        printf("fstat error\n");        return -1;    }    if (lseek(fdout, statbuf.st_size - 1, SEEK_SET) == -1) {        printf("lseek error\n");        return -1;    }    if (write(fdout, "", 1) != 1) {        printf("write error\n");        return -1;    }    if ((src = mmap(0, statbuf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fdin, 0)) == MAP_FAILED) {        printf("mmap error for input\n");        return -1;    }    if ((dst = mmap(0, statbuf.st_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fdout, 0)) == MAP_FAILED) {        printf("mmap error for output\n");        return -1;    }    memcpy(dst, src, statbuf.st_size);    exit(0);}