mmap將一個檔案或者其它對象映射進記憶體。檔案被映射到多個頁上,如果檔案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。mmap在用戶空間映射調用系統中作用很大。
頭檔案 <sys/mman.h>
函式原型
void* mmap(void* start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset);
int munmap(void* start,size_t length);
基本介紹
- 外文名:mmap
- 釋義:一個檔案或者其它對象映射進記憶體
- 參數:start、length
- 作用系統:Linux or Unix
條件
參數說明
返回說明
設備操作
系統調用
註:實際上,mmap()系統調用並不是完全為了用於共享記憶體而設計的。它本身提供了不同於一般對普通檔案的訪問方式,進程可以像讀寫記憶體一樣對普通檔案的操作。而Posix或System V的共享記憶體IPC則純粹用於共享目的,當然mmap()實現共享記憶體也是其主要套用之一。
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為即將映射到進程空間的檔案描述字,一般由open()返回,同時,fd可以指定為-1,此時須指定flags參數中的MAP_ANON,表明進行的是匿名映射(不涉及具體的檔案名稱,避免了檔案的創建及打開,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位元組數,它從被映射檔案開頭offset個位元組開始算起。prot 參數指定共享記憶體的訪問許可權。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參數一般設為0,表示從檔案頭開始映射。參數addr指定檔案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核心來完成。函式的返回值為最後檔案映射到進程空間的地址,進程可直接操作起始地址為該值的有效地址。這裡不再詳細介紹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()用於共享記憶體的兩種方式:
(1)使用普通檔案提供的記憶體映射:適用於任何進程之間;此時,需要打開或創建一個檔案,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()實現共享記憶體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)使用特殊檔案提供匿名記憶體映射: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()。那么在調用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,這裡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數。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記憶體最好的方式應該是採用匿名記憶體映射的方式。此時,不必指定具體的檔案,只要設定相應的標誌即可,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碟檔案中,往往在調用munmap()後才執行該操作。可以通過調用msync()實現磁碟上檔案內容與共享記憶體區的內容一致。
範例
下面將給出使用mmap()的一個範例:範例1給出兩個進程通過映射普通檔案實現共享記憶體通信;系統調用 mmap()有許多有趣的地方,下面是通過mmap()映射普通檔案實現進程間的通信的範例,我們通過該範例來說明mmap()實現共享記憶體的特點及注意事項。
範例1:兩個進程通過映射普通檔案實現共享記憶體通信
範例1包含兩個子程式:map_normalfile1.c及map_normalfile2.c。編譯兩個程式,執行檔分別為 map_normalfile1及map_normalfile2。兩個程式通過命令行參數指定同一個檔案來實現共享記憶體方式的進程間通信。 map_normalfile1試圖打開命令行參數指定的一個普通檔案,把該檔案映射到進程的地址空間,並對映射後的地址空間進行寫操作。 map_normalfile2把命令行參數指定的檔案映射到進程地址空間,然後對映射後的地址空間執行讀操作。這樣,兩個進程通過命令行參數指定同一個檔案來實現共享記憶體方式的進程間通信。
代碼示例
下面是兩個程式代碼:
/*-------------map_normalfile1.c-----------*/#include<sys/mman.h>#include<sys/types.h>#include<fcntl.h>#include<string.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include <errno.h>typedef struct{ char name[4]; int age;}people;void 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); if (p_map == (void *)-1) { fprintf(stderr, "mmap: %s\n", strerror(errno)); return ; } close(fd); temp='a'; for(i=0;i<10;i++) { temp+=1; (*(p_map+i)).name[1] = '\0'; memcpy((*(p_map+i)).name,&temp,1); (*(p_map+i)).age=20+i; } printf("initializeover\n"); sleep(10); munmap(p_map,sizeof(people)*10); printf("umapok\n");}/*-------------map_normalfile2.c-----------*/#include<sys/mman.h>#include<sys/types.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include <errno.h>typedef struct{ char name[4]; int age;}people;void 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); if (p_map == (void *)-1) { fprintf(stderr, "mmap: %s\n", strerror(errno)); return ; } 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);}
代碼解釋
map_normfile2.c只是簡單的映射一個檔案,並以people數據結構的格式從mmap()返回的地址處讀取10個people結構,並輸出讀取的值,然後解除映射。
分別把兩個程式編譯成執行檔map_normalfile1和map_normalfile2後,在一個終端上先運行./map_normalfile1 /tmp/test_shm,程式輸出結果如下:
initialize over
umap ok
在map_normalfile1輸出initialize over 之後,輸出umap ok之前,在另一個終端上運行map_normalfile2 /tmp/test_shm,將會產生如下輸出(為了節省空間,輸出結果為稍作整理後的結果):
name: b age 20; name: c age 21; name: d age 22; name: e age 23; name: f age 24;
name: g age 25; name: h age 26; name: I age 27; name: j age 28; name: k age 29;
在map_normalfile1 輸出umap ok後,運行map_normalfile2則輸出如下結果:
name: b age 20; name: c age 21; name: d age 22; name: e age 23; name: f age 24;
name: age 0; name: age 0; name: age 0; name: age 0; name: age 0;
結論
從程式的運行結果中可以得出的結論
1、 最終被映射檔案的內容的長度不會超過檔案本身的初始大小,即映射不能改變檔案的大小;
2、可以用於進程通信的有效地址空間大小大體上受限於被映射檔案的大小,但不完全受限於檔案大小。打開檔案被截短為5個people結構大小,而在 map_normalfile1中初始化了10個people數據結構,在恰當時候(map_normalfile1輸出initialize over 之後,輸出umap ok之前)調用map_normalfile2會發現map_normalfile2將輸出全部10個people結構的值,後面將給出詳細討論。
註:在linux中,記憶體的保護是以頁為基本單位的,即使被映射檔案只有一個位元組大小,核心也會為映射分配一個頁面大小的記憶體。當被映射檔案小於一個頁面大小時,進程可以對從mmap()返回地址開始的一個頁面大小進行訪問,而不會出錯;但是,如果對一個頁面以外的地址空間進行訪問,則導致錯誤發生,後面將進一步描述。因此,可用於進程間通信的有效地址空間大小不會超過檔案大小及一個頁面大小的和。
3、檔案一旦被映射後,調用mmap()的進程對返回地址的訪問是對某一記憶體區域的訪問,暫時脫離了磁碟上檔案的影響。所有對mmap()返回地址空間的操作只在記憶體中有意義,只有在調用了munmap()後或者msync()時,才把記憶體中的相應內容寫回磁碟檔案,所寫內容仍然不能超過檔案的大小。