8.1 存储映射介绍
8.1.1 概念
存储映射是一个磁盘文件与存储空间的一个缓存相映射,对缓存数据的读写就相应的完成了文件的读写。
文件操作部分映射到虚拟内存的一块区域,我们对虚拟内存映射的那块区域进行读写操作,读写之后,那块区域自动同步到文件当中。
4G空间分布:
共享内存映射区就是文件映射到的内存区。
8.1.2 mmap---建立内存映射
1 #include <unistd.h> 2 #include <sys/mman.h> 3 //mmap(建立内存映射) 4 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。
- 作用就是 使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓存相映射
- mmap 函数从缓存中获取数据,就相当于读文件中的相应字节。与其类似,将数据存入缓存,则相应字节就自动地写入文件。这样,就可以再不使用 read 和 write 的情况下执行 I/O
- 子进程继承父进程的映射
- 参数说明:
- @start:指向欲对应的内存起始地址,通常设为NULL或0,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。需要映射的字节数
- @ 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 映射区域不能访问
- @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。通常不鼓励用此标志。
- MAP_SHARED:对映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。存储操作立刻修改映射文件内容
- MAP_PRIVATE:对映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。存储操作导致创建映射文件的副本,并对副本读写
- 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:只允许对映射区域的写入操作,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:为 open() 返回的文件描述词,代表欲映射到内存的文件。
- @offset:为文件映射的偏移量,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。
8.1.3 munmap---解除内存映射
1 #include <unistd.h> 2 #include <sys/mman.h> 3 //munmap(解除内存映射) 4 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符时不会解除映射。
- 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。
8.2 例子
(1)写字符
通过存储映射向文件中写入若干个字符。(文件中必须开辟空间供存储映射区同步,就相当于在写入的区域做一块空洞文件,然后将空洞文件映射到存储映射区)
1 #include <sys/types.h> 2 #include <sys/stat.h> 3 #include <fcntl.h> 4 #include <unistd.h> 5 #include <string.h> 6 #include <errno.h> 7 #include <stdlib.h> 8 #include <stdio.h> 9 #include <fcntl.h> 10 #include <sys/mman.h> 11 12 int main(int argc, const char *argv[]) 13 { 14 if(argc < 2) { 15 printf("usage: %s file ", argv[0]); 16 exit(1); 17 } 18 19 int fd = open(argv[1], O_RDWR); 20 if(fd < 0){ 21 perror("open error"); 22 exit(1); 23 } 24 25 26 //在19个字节处写入一个0 27 lseek(fd, 19, SEEK_END); 28 write(fd, "0", 1); 29 30 char *addr; 31 //进行存储映射 32 addr = mmap(0, 20, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); 33 if(addr < 0) { 34 perror("mmap error"); 35 exit(1); 36 } 37 38 //修改存储映射区的内容 39 int i; 40 for(i = 0; i < 20; i++) 41 { 42 *(addr + i) = 'A' + i; 43 } 44 printf("write success "); 45 46 //解除映射 47 munmap(addr, 0); 48 49 close(fd); 50 51 return 0; 52 }
程序运行结果:
(2)文件的拷贝
1 #include <sys/types.h> 2 #include <sys/stat.h> 3 #include <fcntl.h> 4 #include <unistd.h> 5 #include <string.h> 6 #include <errno.h> 7 #include <stdlib.h> 8 #include <stdio.h> 9 #include <fcntl.h> 10 #include <sys/mman.h> 11 12 int main(int argc, const char *argv[]) 13 { 14 if(argc < 3) { 15 printf("usage: %s srcfile destfile ", argv[0]); 16 exit(1); 17 } 18 19 int src_fd; 20 int dest_fd; 21 22 if((src_fd = open(argv[1], O_RDONLY)) < 0) { 23 perror("open error"); 24 exit(1); 25 } 26 27 if((dest_fd = open(argv[2], O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0777)) < 0) { 28 perror("open error"); 29 exit(1); 30 } 31 32 // 定位到文件尾部,返回一个偏移量,反应文件长度 33 long len = lseek(src_fd, 0, SEEK_END); 34 printf("len: %ld ", len); 35 36 // 在文件开始处跳过 len-1 个字节 37 lseek(dest_fd, len-1, SEEK_SET); 38 write(dest_fd, "0", 1); //创建了目标文件的空洞文件 39 40 char *src_map = mmap(0, len, PROT_READ, MAP_SHARED, src_fd, 0); 41 if(src_map < 0) { 42 perror("mmap error"); 43 exit(1); 44 } 45 46 char *dest_map = mmap(0, len, PROT_WRITE, MAP_SHARED, dest_fd, 0); 47 if(dest_map < 0) { 48 perror("mmap error"); 49 exit(1); 50 } 51 52 //存储映射区的复制并同步到文件中 53 memcpy(dest_map, src_map, len); 54 munmap(src_map, 0); 55 munmap(dest_map, 0); 56 57 close(src_fd); 58 close(dest_fd); 59 60 return 0; 61 }
运行结果: