共享存儲映射

文件進程間通信

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

/*** 父子進程共享打開的文件描述符----使用文件完成進程間通信**/#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); //保證子進程寫入數據int len =read(fd2,buf,sizeof(buf));write(STDOUT_FILENO,buf,len);wait(NULL);//回收防止僵尸進程}return 0; }

思考，無血緣關系的進程可以打開同一個文件進行通信嗎？為什么？
可以，，無血緣關系的進程也可以打開同一個文件進行通信，方法一樣，因為這些進程打開的是同一個進程。其實在打開文件時（調用open時），操作系統內核就調用了mmap。因為一個文件只有一個文件結構體（FILE），打開時位于內核，被打開這個文件的多個進程共享。

存儲映射 I/O

存儲映射 I/O(Memory-mappedI/O) 使一個磁盤文件與存儲空間中的一個緩沖區相映射。于是當從緩沖區中取 數據，就相當于讀文件中的相應字節。于此類似，將數據存入緩沖區，則相應的字節就自動寫入文件。這樣，就可 在不適用 read 和 write 函數的情況下，使用地址（指針）完成 I/O 操作。
使用這種方法，首先應通知內核，將一個指定文件映射到存儲區域中。這個映射工作可以通過 mmap 函數來實
現。

mmap 函數

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

addr: 建立映射區的首地址，由 Linux 內核指定。使用時，直接傳遞 NULL

length： 欲創建映射區的大小

prot： 映射區權限 PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE

flags： 標志位參數(常用于設定更新物理區域、設置共享、創建匿名映射區) MAP_SHARED: 會將映射區所做的操作反映到物理設備（磁盤）上。 MAP_PRIVATE: 映射區所做的修改不會反映到物理設備。

fd： 用來建立映射區的文件描述符

offset： 映射文件的偏移(4k 的整數倍)

#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");//寫數據ret = munmap(p,4);//釋放映射區 if(ret==-1){perror("munmap error:");exit(1);} close(fd);return 0;}

munmap 函數

同 malloc 函數申請內存空間類似的，mmap 建立的映射區在使用結束后也應調用類似 free 的函數來釋放。 int munmap(void *addr,size_t length); 成功：0； 失敗：-1

mmap 注意事項

思考：

可以 open 的時候 O_CREAT 一個新文件來創建映射區嗎?
答：可以，但新CREATE出來的文件不行，必須要有實際的大小

如果 open 時 O_RDONLY,mmap 時 PROT 參數指定 PROT_READ|PROT_WRITE 會怎樣？
答：不行，創建映射區的權限小于等于打開文件的權限，映射區創建的過程中存在一次讀文件操作權限不足。

文件描述符先關閉，對 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 會怎樣？
答：不行，偏移量必須是一頁的大小（4k）

對 mem 越界操作會怎樣？
答：不行，釋放映射區可能會失敗，只有創建映射區的地址和釋放時的地址要是同一個地址

如果 mem++，munmap 可否成功？
答：不能，釋放映射區的時候要傳首地址和映射區大小給munmap，但++后首地址就不是創建時的首地址，只有創建映射區的地址和釋放時的地址要是同一個地址

mmap 什么情況下會調用失敗？ 8. 如果不檢測 mmap 的返回值，會怎樣？
答：返回值必須檢查，空間不能為0，文件大小和映射區要匹配等等情況下會失敗

總結

創建映射區的過程中，隱含著一次對映射文件的讀操作。

當 MAP_SHARED 時，要求：映射區的權限應 <=文件打開的權限(出于對映射區的保護)。而 MAP_PRIVATE 則無所謂，因為 mmap 中的權限是對內存的限制。

映射區的釋放與文件關閉無關。只要映射建立成功，文件可以立即關閉。

特別注意，當映射文件大小為 0 時，不能創建映射區。所以：用于映射的文件必須要有實際大小！！ mmap 使用時常常會出現總線錯誤，通常是由于共享文件存儲空間大小引起的。

munmap 傳入的地址一定是 mmap 的返回地址。堅決杜絕指針++操作。

如果文件偏移量必須為 4K 的整數倍 7. mmap 創建映射區出錯概率非常高，一定要檢查返回值，確保映射區建立成功再進行后續操作。

mmap 父子進程通信

父子等有血緣關系的進程之間也可以通過 mmap 建立的映射區來完成數據通信。但相應的要在創建映射區的時 候指定對應的標志位參數 flags：

MAP_PRIVATE: (私有映射) 父子進程各自獨占映射區；

MAP_SHARED: (共享映射) 父子進程共享映射區；
編程：父進程創建映射區，然后 fork 子進程，子進程修改映射區內容，而后，父進程讀取映射區內容，查驗是 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"); //刪除臨時文件目錄項，使之具備被釋放條件,所有使用該文>件的進程結束后該文件才釋放ftruncate(fd,4); //創建文件大小p=(int *)mmap(NULL,4,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);//父子進程共享映射區// p=(int *)mmap(NULL,4,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_PRIVATE,fd,0);//對映射區各自獨>占 if(p==MAP_FAILED){ //不是p==NULL時出錯perror("mmap,error"); exit(1);}close(fd); //映射區建立完畢，即可關閉文件//完成數據傳遞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;}

結論：父子進程共享：

打開的文件

mmap 建立的映射區(但必須要使用 MAP_SHARED)

匿名映射

通過使用我們發現，使用映射區來完成文件讀寫操作十分方便，父子進程間通信也較容易。但缺陷是，每次創 建映射區一定要依賴一個文件才能實現。通常為了建立映射區要 open 一個 temp 文件，創建好了再 unlink、close 掉，比較麻煩。 可以直接使用匿名映射來代替。其實 Linux 系統給我們提供了創建匿名映射區的方法，無需依賴一 個文件即可創建映射區。同樣需要借助標志位參數 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，可依實際需要填寫。

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

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;//不使用文件參數傳-1 p=(int *)mmap(NULL,4,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANON,-1,0);//對映射區>各自獨占if(p==MAP_FAILED){ //不是p==NULL時出錯perror("mmap,error"); exit(1);} //完成數據傳遞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下這兩個文件無大小

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

mmap 無血緣關系進程間通信

實質上 mmap 是內核借助文件幫我們創建了一個映射區，多個進程之間利用該映射區完成數據傳遞。由于內核 空間多進程共享，因此無血緣關系的進程間也可以使用 mmap 來完成通信。只要設置相應的標志位參數 flags 即可。 若想實現共享，當然應該使用 MAP_SHARED 了。

讀數據

/** 非血緣關系進程間通信*/ #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; };//出錯處理函數 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; }

寫數據

/* * 非血緣關系之間的通信*/ #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++; //循環向內存復制sleep(1);}munmap(mm,sizeof(student));return 0; }

總結

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）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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