Linux 进程间通信 -- 文件mmap映射

Linux 进程间通信 -- 文件mmap映射

打开一个文件, 并且指定文件中的一个区域, 映射到内存中, 然后直接操作那个内存, 就能实现进程间通信!!!因为是内存操作, 所以速度是最快的.

使用mmap进程通信速度是最快的.

函数mmap：打开一个文件，指定一个文件的区域，作为一个区域，映射到内存中，以后就直接操作那个内存，就能够实现进程间的通信。因为是内存操作，所以速度最快。

#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);

参数解释:

• fd: 需要映射文件的文件描述符

• addr：固定NULL

• length：拿出文件中的多长的一段，映射到内存。

• prot - PROT_READ 和 PROT_WRITE 用的多

  • 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

• flags - 是否可以共享!!!

  • MAP_SHARED：对内存里的值进行修改，会反映到文件，也就是文件也被修改。
  • MAP_PRIVATE：对内存里的值进行修改，不会反映到文件，文件不会被修改。

• offset：从文件内容中的哪个位置开始拿。

• 返回值

  • 成功：可用的内存的首地址
  • 失败：MAP_FAILED (that is, (void *) -1)

释放内存映射区。

#include <sys/mman.h>
int munmap(void *addr, size_t length);

• addr：mmap的返回值
• length：mmap创建的长度
• 返回值：成功0；失败-1.

简单dmeo, 需要注意mem.txt文件需要内容长度最少大于8byte

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main() {
  // mem.txt filesize should > 8!!
  int fd = open("mem.txt", O_RDWR);
  // create mmap
  char *mem = (char *)mmap(NULL, 8, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
  if (mem == MAP_FAILED) {
    perror("mmap err");
    return -1;
  }

  printf("%s\n", mem);
  strcpy(mem, "hello");

  // release mmap
  munmap(mem, 8);
  close(fd);
}

使用mmap有多个需要注意的问题:

1. 创建mmap的地址和释放地址必须一致.
2. 在映射区越界操作情况如下(一定要尽量避免!!!):
   1. open文件size > 要写入的size > mmap参数的length：能够全部写入文件。
   2. open文件size < 要写入的size > mmap参数的length：不能全部写入文件，能够写入的size是open文件的size
3. 偏移量offset必须是4K的整数倍(0, 4 * 1024, ...), 可以用stat看到mmap的IO Block是4096
4. 如果文件描述符先关闭, 对 mmap 映射没有影响
5. open的时候，可以用新创建一个文件的方式，来创建映射区吗？ 会导致Bus error(core dumped), 创建的文件的size为0，所以出上面的错误。新创建一个文件后，马上把文件大小扩展一下就不会发生错误了。int fd = open("mem", O_RDWR|O_CREAT, 0666);
ftruncate(fd, 8);//把新创建的文件mem的大小扩展为8.
6. open文件时，选择O_WRONLY时候, mmap函数出错，错误Permission denied, 因为要把文件的内容读到内存，所以隐含一次读取操作，所以没有读的权限的话，就出这个错误。
7. 当选择MAP_SHARED的时候，open文件选择O_RDONLY, prot不能是PROT_READ|PROT_WRITE, 会导致 mmap 函数出错，错误Permission denied, MAP_SHARED的时候会去写文件，但是open的时候只有读权限，所以权限不够。

用mmap实现父子进程间通信的例子：

参数flags必须是MAP_SHARED，因为2个进程间通信，需要互相读写，所以必须是MAP_SHARED, 并且我们使用open + ftruncate的组合, 重新创建一个文件.

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

int main() {
  int fd = open("mem.txt", O_RDWR | O_CREAT);
  ftruncate(fd, 4);
  int *mem = (int *)mmap(NULL, 4, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
  if (mem == MAP_FAILED) {
    perror("mmap");
    return -1;
  }
  pid_t pid = fork();

  if (pid == 0) {
    *mem = 100;
    printf("child:mem=%d\n", *mem);
    sleep(3);
    printf("child:mem=%d\n", *mem);
  } else if (pid > 0) {
    sleep(1);
    printf("parent:mem=%d\n", *mem);
    *mem = 200;
    printf("parent:mem=%d\n", *mem);
    wait(NULL);
  }

  munmap(mem, 4);
  close(fd);
}

从这个实例看到, 必须要先打开文件, 再使用mmap创建内存映射区(同时使用MAP_SHARRED), 比较麻烦, Linux也提供另外一种内存映射 -- 匿名映射