共享存儲(chǔ)映射

文件進(jìn)程間通信

使用文件也可以完成 IPC，理論依據(jù)是，fork 后，父子進(jìn)程共享文件描述符。也就共享打開的文件。
編程：父子進(jìn)程共享打開的文件。借助文件進(jìn)行進(jìn)程間通信。
測試代碼

/*** 父子進(jìn)程共享打開的文件描述符----使用文件完成進(jìn)程間通信**/#include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<string.h> #include<stdlib.h> #include<fcntl.h> #include<sys/wait.h>int main(void) {int fd1,fd2;pid_t pid;char buf[1024]; char *str="----------test for shared fd in parent child process -----\n";pid=fork();if(pid<0){perror("fork error");exit(1);}else if(pid==0){fd1=open("test.txt",O_RDWR);if(fd1<0){perror("open error");exit(1);} write(fd1,str,strlen(str));printf("child wrote over...\n");}else{fd2=open("test.txt",O_RDWR);if(fd2<0){perror("open error");exit(1);}sleep(1); //保證子進(jìn)程寫入數(shù)據(jù)int len =read(fd2,buf,sizeof(buf));write(STDOUT_FILENO,buf,len);wait(NULL);//回收防止僵尸進(jìn)程}return 0; }

思考，無血緣關(guān)系的進(jìn)程可以打開同一個(gè)文件進(jìn)行通信嗎？為什么？
可以，，無血緣關(guān)系的進(jìn)程也可以打開同一個(gè)文件進(jìn)行通信，方法一樣，因?yàn)檫@些進(jìn)程打開的是同一個(gè)進(jìn)程。其實(shí)在打開文件時(shí)（調(diào)用open時(shí)），操作系統(tǒng)內(nèi)核就調(diào)用了mmap。因?yàn)橐粋€(gè)文件只有一個(gè)文件結(jié)構(gòu)體（FILE），打開時(shí)位于內(nèi)核，被打開這個(gè)文件的多個(gè)進(jìn)程共享。

存儲(chǔ)映射 I/O

存儲(chǔ)映射 I/O(Memory-mappedI/O) 使一個(gè)磁盤文件與存儲(chǔ)空間中的一個(gè)緩沖區(qū)相映射。于是當(dāng)從緩沖區(qū)中取 數(shù)據(jù)，就相當(dāng)于讀文件中的相應(yīng)字節(jié)。于此類似，將數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)，則相應(yīng)的字節(jié)就自動(dòng)寫入文件。這樣，就可 在不適用 read 和 write 函數(shù)的情況下，使用地址（指針）完成 I/O 操作。
使用這種方法，首先應(yīng)通知內(nèi)核，將一個(gè)指定文件映射到存儲(chǔ)區(qū)域中。這個(gè)映射工作可以通過 mmap 函數(shù)來實(shí)
現(xiàn)。

mmap 函數(shù)

void* mmap(void* adrr,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_toffset); 返回：成功：返回創(chuàng)建的映射區(qū)首地址；失敗：MAP_FAILED 宏
參數(shù)：

addr: 建立映射區(qū)的首地址，由 Linux 內(nèi)核指定。使用時(shí)，直接傳遞 NULL

length： 欲創(chuàng)建映射區(qū)的大小

prot： 映射區(qū)權(quán)限 PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE

flags： 標(biāo)志位參數(shù)(常用于設(shè)定更新物理區(qū)域、設(shè)置共享、創(chuàng)建匿名映射區(qū)) MAP_SHARED: 會(huì)將映射區(qū)所做的操作反映到物理設(shè)備（磁盤）上。 MAP_PRIVATE: 映射區(qū)所做的修改不會(huì)反映到物理設(shè)備。

fd： 用來建立映射區(qū)的文件描述符

offset： 映射文件的偏移(4k 的整數(shù)倍)

#include<stdio.h>#include<fcntl.h>#include<unistd.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<sys/mman.h>int main(void){int len,ret;char *p=NULL;int fd = open("mytest.txt",O_CREAT|O_RDWR,0644);if(fd<0){perror("open error");exit(1);} //確定文件大小len = ftruncate(fd,4);if(len == -1){perror("ftruncate error:");exit(1);} p = mmap(NULL, 4 , PROT_READ|PROT_WRITE , MAP_SHARED, fd, 0); if(p == MAP_FAILED){perror("mmap error:");exit(1);} strcpy(p,"abc");//寫數(shù)據(jù)ret = munmap(p,4);//釋放映射區(qū) if(ret==-1){perror("munmap error:");exit(1);} close(fd);return 0;}

munmap 函數(shù)

同 malloc 函數(shù)申請(qǐng)內(nèi)存空間類似的，mmap 建立的映射區(qū)在使用結(jié)束后也應(yīng)調(diào)用類似 free 的函數(shù)來釋放。 int munmap(void *addr,size_t length); 成功：0； 失敗：-1

mmap 注意事項(xiàng)

思考：

可以 open 的時(shí)候 O_CREAT 一個(gè)新文件來創(chuàng)建映射區(qū)嗎?
答：可以，但新CREATE出來的文件不行，必須要有實(shí)際的大小

如果 open 時(shí) O_RDONLY,mmap 時(shí) PROT 參數(shù)指定 PROT_READ|PROT_WRITE 會(huì)怎樣？
答：不行，創(chuàng)建映射區(qū)的權(quán)限小于等于打開文件的權(quán)限，映射區(qū)創(chuàng)建的過程中存在一次讀文件操作權(quán)限不足。

文件描述符先關(guān)閉，對(duì) mmap 映射有沒有影響？
答： 沒有影響，文件描述符是操作文件的句柄，有映射區(qū)了，就是地址的方式操作，所以文件描述符就沒意義了。

如果文件偏移量為 1000 會(huì)怎樣？
答：不行，偏移量必須是一頁的大小（4k）

對(duì) mem 越界操作會(huì)怎樣？
答：不行，釋放映射區(qū)可能會(huì)失敗，只有創(chuàng)建映射區(qū)的地址和釋放時(shí)的地址要是同一個(gè)地址

如果 mem++，munmap 可否成功？
答：不能，釋放映射區(qū)的時(shí)候要傳首地址和映射區(qū)大小給munmap，但++后首地址就不是創(chuàng)建時(shí)的首地址，只有創(chuàng)建映射區(qū)的地址和釋放時(shí)的地址要是同一個(gè)地址

mmap 什么情況下會(huì)調(diào)用失敗？ 8. 如果不檢測 mmap 的返回值，會(huì)怎樣？
答：返回值必須檢查，空間不能為0，文件大小和映射區(qū)要匹配等等情況下會(huì)失敗

總結(jié)

創(chuàng)建映射區(qū)的過程中，隱含著一次對(duì)映射文件的讀操作。

當(dāng) MAP_SHARED 時(shí)，要求：映射區(qū)的權(quán)限應(yīng) <=文件打開的權(quán)限(出于對(duì)映射區(qū)的保護(hù))。而 MAP_PRIVATE 則無所謂，因?yàn)?mmap 中的權(quán)限是對(duì)內(nèi)存的限制。

映射區(qū)的釋放與文件關(guān)閉無關(guān)。只要映射建立成功，文件可以立即關(guān)閉。

特別注意，當(dāng)映射文件大小為 0 時(shí)，不能創(chuàng)建映射區(qū)。所以：用于映射的文件必須要有實(shí)際大小！！ mmap 使用時(shí)常常會(huì)出現(xiàn)總線錯(cuò)誤，通常是由于共享文件存儲(chǔ)空間大小引起的。

munmap 傳入的地址一定是 mmap 的返回地址。堅(jiān)決杜絕指針++操作。

如果文件偏移量必須為 4K 的整數(shù)倍 7. mmap 創(chuàng)建映射區(qū)出錯(cuò)概率非常高，一定要檢查返回值，確保映射區(qū)建立成功再進(jìn)行后續(xù)操作。

mmap 父子進(jìn)程通信

父子等有血緣關(guān)系的進(jìn)程之間也可以通過 mmap 建立的映射區(qū)來完成數(shù)據(jù)通信。但相應(yīng)的要在創(chuàng)建映射區(qū)的時(shí) 候指定對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位參數(shù) flags：

MAP_PRIVATE: (私有映射) 父子進(jìn)程各自獨(dú)占映射區(qū)；

MAP_SHARED: (共享映射) 父子進(jìn)程共享映射區(qū)；
編程：父進(jìn)程創(chuàng)建映射區(qū)，然后 fork 子進(jìn)程，子進(jìn)程修改映射區(qū)內(nèi)容，而后，父進(jìn)程讀取映射區(qū)內(nèi)容，查驗(yàn)是 否共享

#include<stdio.h> #include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<fcntl.h>#include<sys/mman.h>#include<sys/wait.h>int var=100;int main(void ){int *p;pid_t pid;int fd;fd=open("temp",O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644);if(fd<0){perror("open error:");exit(1);}unlink("temp"); //刪除臨時(shí)文件目錄項(xiàng)，使之具備被釋放條件,所有使用該文>件的進(jìn)程結(jié)束后該文件才釋放ftruncate(fd,4); //創(chuàng)建文件大小p=(int *)mmap(NULL,4,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);//父子進(jìn)程共享映射區(qū)// p=(int *)mmap(NULL,4,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_PRIVATE,fd,0);//對(duì)映射區(qū)各自獨(dú)>占 if(p==MAP_FAILED){ //不是p==NULL時(shí)出錯(cuò)perror("mmap,error"); exit(1);}close(fd); //映射區(qū)建立完畢，即可關(guān)閉文件//完成數(shù)據(jù)傳遞pid=fork();if(pid==0){*p=2000;var=1000;printf("child,*p=%d,var = %d\n",*p,var);}else{sleep(1);printf("parent,*p = %d,var = =%d\n",*p,var);wait(NULL);int ret= munmap(p,4);if(ret==-1){perror("munmap error");exit(1);}}return 0;}

結(jié)論：父子進(jìn)程共享：

打開的文件

mmap 建立的映射區(qū)(但必須要使用 MAP_SHARED)

匿名映射

通過使用我們發(fā)現(xiàn)，使用映射區(qū)來完成文件讀寫操作十分方便，父子進(jìn)程間通信也較容易。但缺陷是，每次創(chuàng) 建映射區(qū)一定要依賴一個(gè)文件才能實(shí)現(xiàn)。通常為了建立映射區(qū)要 open 一個(gè) temp 文件，創(chuàng)建好了再 unlink、close 掉，比較麻煩。 可以直接使用匿名映射來代替。其實(shí) Linux 系統(tǒng)給我們提供了創(chuàng)建匿名映射區(qū)的方法，無需依賴一 個(gè)文件即可創(chuàng)建映射區(qū)。同樣需要借助標(biāo)志位參數(shù) flags 來指定。
使用 MAP_ANONYMOUS(或 MAP_ANON)，

int*p=mmap(NULL,4,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0);

"4"隨意舉例，該位置表大小，可依實(shí)際需要填寫。

需注意的是，MAP_ANONYMOUS 和 MAP_ANON 這兩個(gè)宏是 Linux 操作系統(tǒng)特有的宏。在類 Unix 系統(tǒng)中如無該 宏定義，可使用如下兩步來完成匿名映射區(qū)的建立。

fd=open("/dev/zero",O_RDWR);

p=mmap(NULL,size,PROT_READ|PROT_WRITE,MMAP_SHARED,fd,0);

示例代碼：

#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h> #include<sys/mman.h> #include<sys/wait.h>int var=100;int main(void ) {int *p; pid_t pid;//不使用文件參數(shù)傳-1 p=(int *)mmap(NULL,4,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANON,-1,0);//對(duì)映射區(qū)>各自獨(dú)占if(p==MAP_FAILED){ //不是p==NULL時(shí)出錯(cuò)perror("mmap,error"); exit(1);} //完成數(shù)據(jù)傳遞pid=fork();if(pid==0){*p=2000;var=1000;printf("child,*p=%d,var = %d\n",*p,var);}else{sleep(1);printf("parent,*p = %d,var = =%d\n",*p,var);wait(NULL);int ret= munmap(p,4); if(ret==-1){perror("munmap error");exit(1);}}return 0; }

Linux下這兩個(gè)文件無大小

第一個(gè)文件好比聚寶盆，可以隨意映射
第二個(gè)文件，一般錯(cuò)誤洗腦洗重定向到這個(gè)文件中

mmap 無血緣關(guān)系進(jìn)程間通信

實(shí)質(zhì)上 mmap 是內(nèi)核借助文件幫我們創(chuàng)建了一個(gè)映射區(qū)，多個(gè)進(jìn)程之間利用該映射區(qū)完成數(shù)據(jù)傳遞。由于內(nèi)核 空間多進(jìn)程共享，因此無血緣關(guān)系的進(jìn)程間也可以使用 mmap 來完成通信。只要設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志位參數(shù) flags 即可。 若想實(shí)現(xiàn)共享，當(dāng)然應(yīng)該使用 MAP_SHARED 了。

讀數(shù)據(jù)

/** 非血緣關(guān)系進(jìn)程間通信*/ #include<stdio.h> #include<sys/stat.h> #include<fcntl.h> #include<unistd.h> #include<stdlib.h> #include<sys/mman.h> #include<string.h>struct STU{int id; char name[20];char sex; };//出錯(cuò)處理函數(shù) void sys_err(char *str) {perror(str);exit(-1); }int main(int argc,char *argv[]) {int fd; struct STU student;struct STU *mm;if(argc<2){printf("./a.out file_shared\n");exit(-1);} fd=open(argv[1],O_RDONLY);if(fd == -1) sys_err("open error");mm = mmap(NULL,sizeof(student),PROT_READ,MAP_SHARED,fd,0);if(mm == MAP_FAILED)sys_err("mmap error");close(fd);while(1){ //讀進(jìn)程 printf("id=%d\tname=%s\t%c\n",mm->id,mm->name,mm->sex);sleep(2);}munmap(mm,sizeof(student));return 0; }

寫數(shù)據(jù)

/* * 非血緣關(guān)系之間的通信*/ #include<stdio.h> #include<sys/stat.h> #include<sys/types.h> #include<fcntl.h> #include<unistd.h> #include<stdlib.h> #include<sys/mman.h> #include<string.h>struct STU{int id;char name[20];char sex; };void sys_err(char *str) {perror(str);exit(1); }int main(int argc,char *argv[]) {int fd;struct STU student={10,"xiaoming",'m'};char *mm;if(argc<2){printf("./a.out file_shared\n");exit(-1);}fd = open(argv[1],O_RDWR | O_CREAT,0644);ftruncate(fd,sizeof(student));mm = mmap(NULL,sizeof(student),PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);if(mm == MAP_FAILED)sys_err("mmap"); close(fd);while(1){memcpy(mm,&student,sizeof(student));student.id++; //循環(huán)向內(nèi)存復(fù)制sleep(1);}munmap(mm,sizeof(student));return 0; }

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux系统编程---5（共享存储映射，存储映射I/O，mmap函数，父子进程间通信，匿名映射）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。