C语言 mmap()函数(建立内存映射) 与 munmap()函数(解除内存映射)

        mmap将一个文件或者其它对象映射进内存。文件被映射到多个页上，如果文件的大小不是所有页的大小之和，

最后一个页不被使用的空间将会清零。mmap在用户空间映射调用系统中作用很大。

条件

mmap()必须以PAGE_SIZE为单位进行映射，而内存也只能以页为单位进行映射，若要映射非PAGE_SIZE整数倍

的地址范围，要先进行内存对齐，强行以PAGE_SIZE的倍数大小进行映射。

设备操作

mmap操作提供了一种机制，让用户程序直接访问设备内存，这种机制，相比较在用户空间和内核空间

互相拷贝数据，效率更高。在要求高性能的应用中比较常用。mmap映射内存必须是页面大小的整数倍，

面向流的设备不能进行mmap，mmap的实现和硬件有关。

以下是一个把普遍文件映射到用户空间的内存区域的示意图。
图一：

系统调用

mmap()系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。普通文件被映射到进程地址空间后，

进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用read()，write（）等操作。 
　　注：实际上，mmap()系统调用并不是完全为了用于共享内存而设计的。它本身提供了不同于一般对

普通文件的访问方式，进程可以像读写内存一样对普通文件的操作。而Posix或System V的共享内存IPC则

纯粹用于共享目的，当然mmap()实现共享内存也是其主要应用之一。 
　　1、mmap()系统调用形式如下： 
　　void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset ) 
　　参数fd为即将映射到进程空间的文件描述字，一般由open()返回，同时，fd可以指定为-1，此时须

指定flags参数中的MAP_ANON，表明进行的是匿名映射（不涉及具体的文件名，避免了文件的创建及打开，

很显然只能用于具有亲缘关系的进程间通信）。len是映射到调用进程地址空间的字节数，它从被映射文件

开头offset个字节开始算起。prot 参数指定共享内存的访问权限。可取如下几个值的或：PROT_READ（可读）

, PROT_WRITE （可写）, PROT_EXEC （可执行）, PROT_NONE（不可访问）。flags由以下几个常值指定：

MAP_SHARED , MAP_PRIVATE , MAP_FIXED，其中，MAP_SHARED , MAP_PRIVATE必选其一，

而MAP_FIXED则不推荐使用。offset参数一般设为0，表示从文件头开始映射。参数addr指定文件应被映射到

进程空间的起始地址，一般被指定一个空指针，此时选择起始地址的任务留给内核来完成。函数的返回值为最后

文件映射到进程空间的地址，进程可直接操作起始地址为该值的有效地址。这里不再详细介绍mmap()的参数，

读者可参考mmap()手册页获得进一步的信息。 
　　2、系统调用mmap()用于共享内存的两种方式： 
　　（1）使用普通文件提供的内存映射：适用于任何进程之间；此时，需要打开或创建一个文件，

然后再调用mmap()；典型调用代码如下： 
　　fd=open(name, flag, mode); 
　　if(fd<0) 
　　... 
　　ptr=mmap(NULL, len , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED , fd , 0); 

通过mmap()实现共享内存的通信方式有许多特点和要注意的地方，我们将在范例中进行具体说明。 
　　（2）使用特殊文件提供匿名内存映射：适用于具有亲缘关系的进程之间；由于父子进程特殊的亲缘关系，

在父进程中先调用mmap()，然后调用fork()。那么在调用fork()之后，子进程继承父进程匿名映射后的地址空间，

同样也继承mmap()返回的地址，这样，父子进程就可以通过映射区域进行通信了。注意，这里不是一般的继承关系。

一般来说，子进程单独维护从父进程继承下来的一些变量。而mmap()返回的地址，却由父子进程共同维护。 
　　对于具有亲缘关系的进程实现共享内存最好的方式应该是采用匿名内存映射的方式。此时，不必指定具体的文件，

只要设置相应的标志即可，参见范例2。 
　　3、系统调用munmap() 
　　int munmap( void * addr, size_t len ) 
　　该调用在进程地址空间中解除一个映射关系，addr是调用mmap()时返回的地址，len是映射区的大小。

当映射关系解除后，对原来映射地址的访问将导致段错误发生。 
　　4、系统调用msync() 
　　int msync ( void * addr , size_t len, int flags) 
　　一般说来，进程在映射空间的对共享内容的改变并不直接写回到磁盘文件中，往往在调用munmap（）后才执行该操作。可以通过调用msync()实现磁盘上文件内容与共享内存区的内容一致。

头文件：#include <unistd.h>    #include <sys/mman.h>

定义函数：void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offsize);

函数说明：mmap()用来将某个文件内容映射到内存中，对该内存区域的存取即是直接对该文件内容的读写。

参数说明：

参数	说明
start	指向欲对应的内存起始地址，通常设为NULL，代表让系统自动选定地址，对应成功后该地址会返回。
length	代表将文件中多大的部分对应到内存。
prot	代表映射区域的保护方式，有下列组合： PROT_EXEC  映射区域可被执行； PROT_READ  映射区域可被读取； PROT_WRITE  映射区域可被写入； PROT_NONE  映射区域不能存取。
flags	会影响映射区域的各种特性： MAP_FIXED  如果参数 start 所指的地址无法成功建立映射时，则放弃映射，不对地址做修正。通常不鼓励用此旗标。 MAP_SHARED  对应射区域的写入数据会复制回文件内，而且允许其他映射该文件的进程共享。 MAP_PRIVATE  对应射区域的写入操作会产生一个映射文件的复制，即私人的"写入时复制" (copy on write)对此区域作的任何修改都不会写回原来的文件内容。 MAP_ANONYMOUS  建立匿名映射，此时会忽略参数fd，不涉及文件，而且映射区域无法和其他进程共享。 MAP_DENYWRITE  只允许对应射区域的写入操作，其他对文件直接写入的操作将会被拒绝。 MAP_LOCKED  将映射区域锁定住，这表示该区域不会被置换(swap)。 在调用mmap()时必须要指定MAP_SHARED 或MAP_PRIVATE。
fd	open()返回的文件描述词，代表欲映射到内存的文件。
offset	文件映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必须是分页大小的整数倍。

返回值：若映射成功则返回映射区的内存起始地址，否则返回MAP_FAILED(-1)，错误原因存于errno 中。

错误代码：

• EBADF  参数fd 不是有效的文件描述词。
• EACCES  存取权限有误。如果是MAP_PRIVATE 情况下文件必须可读，使用MAP_SHARED 则要有PROT_WRITE 以及该文件要能写入。
• EINVAL  参数start、length 或offset 有一个不合法。
• EAGAIN  文件被锁住，或是有太多内存被锁住。
• ENOMEM  内存不足。

C语言munmap()函数：解除内存映射

头文件：

#include <unistd.h>       

#include <sys/mman.h>

定义函数：int munmap(void *start, size_t length);

函数说明：munmap()用来取消参数start 所指的映射内存起始地址，参数length 则是欲取消的内存大小。

当进程结束或利用exec 相关函数来执行其他程序时，映射内存会自动解除，但关闭对应的文件描述词时不会解除映射。

返回值：如果解除映射成功则返回0，否则返回－1。错误原因存于errno 中错误代码EINVAL参数 start 或length 不合法。

范例：利用mmap()来读取/etc/passwd 文件内容。

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
void main(){
    int fd;
    void *start;
    struct stat sb;
    fd = open("/etc/passwd", O_RDONLY); /*打开/etc/passwd */
    fstat(fd, &sb); /* 取得文件大小 */
    start = mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    if(start == MAP_FAILED) /* 判断是否映射成功 */
        return;
    printf("%s", start); munmap(start, sb.st_size); /* 解除映射 */
    closed(fd);
}

执行结果：
root : x : 0 : root : /root : /bin/bash
bin : x : 1 : 1 : bin : /bin :
daemon : x : 2 : 2 :daemon : /sbin
adm : x : 3 : 4 : adm : /var/adm :
lp : x :4 :7 : lp : /var/spool/lpd :
sync : x : 5 : 0 : sync : /sbin : bin/sync :
shutdown : x : 6 : 0 : shutdown : /sbin : /sbin/shutdown
halt : x : 7 : 0 : halt : /sbin : /sbin/halt
mail : x : 8 : 12 : mail : /var/spool/mail :
news : x :9 :13 : news : /var/spool/news :
uucp : x :10 :14 : uucp : /var/spool/uucp :
operator : x : 11 : 0 :operator : /root:
games : x : 12 :100 : games :/usr/games:
gopher : x : 13 : 30 : gopher : /usr/lib/gopher-data:
ftp : x : 14 : 50 : FTP User : /home/ftp:
nobody : x :99: 99: Nobody : /:
xfs :x :100 :101 : X Font Server : /etc/xll/fs : /bin/false
gdm : x : 42 :42 : : /home/gdm: /bin/bash
kids : x : 500 :500 :/home/kids : /bin/bash

参考：

http://baike.baidu.com/link?url=tcSRXGB3PlbSKmvNzUNrZQ4aa_dMqOASGg_m9yANgdIYZnmbfOSzx8celjRHULiSei2vQrsPAMNwQv428wkHWa

http://c.biancheng.net/cpp/html/139.html