3.2 使用mmap操作文件

1.创建新的虚拟内存区域
2.建立文件磁盘地址和虚拟内存区域映射

上面的两个过程并没有任何文件拷贝操作，而之后访问数据时发现内存中并没有数据而引发的缺页异常过程，可以通过已经建立好的映射关系只进行一次数据拷贝，就将磁盘中的数据拷贝到用户空间中，供进程使用。

3.3 总结

常规文件操作从磁盘到页缓存再到用户主存，要两次数据拷贝；
mmap操作文件，只需要从磁盘到用户主存的一次数据拷贝过程。
mmap的关键点是：实现了用户空间和内核空间数据的直接交换。

4.mmap优点总结

1.对文件的读取操作跨过了页缓存，减少了数据的拷贝次数。
2.实现了用户空间和内核空间的高效交互方式，
3.提供进程间共享内存以及相互通信的方式。两个进程将自身的用户空间映射到同一片区域，从而达到通信或者共享的目的。（进程A和进程B都映射了区域C，当A第一次读取C时通过缺页异常从磁盘复制文件页到内存中，但当B再去读取C的时候，虽然会产生缺页异常，但是不需要再从磁盘复制文件，而是可以直接使用保存在内存中的文件数据）

4.可用于实现高效的大规模数据传输。也即是说需要磁盘代替内存空间的时候，可以使用mmap

5.mmap相关函数

函数原型

void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

返回说明
成功执行时：mmap返回被映射区域的指针
失败时：返回MAP_FAILED

参数
start：映射区开始地址
length：映射区的长度
prot：期望的内存保护标志，不能与文件打开模式冲突

1 PROT_EXEC ：页内容可以被执行
2 PROT_READ ：页内容可以被读取
3 PROT_WRITE ：页可以被写入
4 PROT_NONE ：页不可访问

fd:有效的文件描述符
offset：被映射内容的起点。
flags：指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体

1 MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。
 2 MAP_SHARED //与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。
 3 MAP_PRIVATE //建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个。
 4 MAP_DENYWRITE //这个标志被忽略。
 5 MAP_EXECUTABLE //同上
 6 MAP_NORESERVE //不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。
 7 MAP_LOCKED //锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。
 8 MAP_GROWSDOWN //用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。
 9 MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射区不与任何文件关联。
10 MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。
11 MAP_FILE //兼容标志，被忽略。
12 MAP_32BIT //将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。
13 MAP_POPULATE //为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。
14 MAP_NONBLOCK //仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。

6.实例

6.1 通过mmap修改文件

#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <error.h>

#define BUF_SIZE 100

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd, nread, i;
    struct stat sb;
    char *mapped, buf[BUF_SIZE];

    for (i = 0; i < BUF_SIZE; i++) {
        buf[i] = '#';
    }

    /* 打开文件 */
    if ((fd = open(argv[1], O_RDWR)) < 0) {
        perror("open");
    }

    /* 获取文件的属性 */
    if ((fstat(fd, &sb)) == -1) {
        perror("fstat");
    }

    /* 将文件映射至进程的地址空间 */
    if ((mapped = (char *)mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ | 
                    PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0)) == (void *)-1) {
        perror("mmap");
    }

    /* 映射完后, 关闭文件也可以操纵内存 */
    close(fd);

    printf("%s", mapped);

    /* 修改一个字符,同步到磁盘文件 */
    mapped[20] = '9';
    if ((msync((void *)mapped, sb.st_size, MS_SYNC)) == -1) {
        perror("msync");
    }

    /* 释放存储映射区 */
    if ((munmap((void *)mapped, sb.st_size)) == -1) {
        perror("munmap");
    }

    return 0;
}

6.2mmap实现进程间通信

#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <error.h>

#define BUF_SIZE 100

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd, nread, i;
    struct stat sb;
    char *mapped, buf[BUF_SIZE];

    for (i = 0; i < BUF_SIZE; i++) {
        buf[i] = '#';
    }

    /* 打开文件 */
    if ((fd = open(argv[1], O_RDWR)) < 0) {
        perror("open");
    }

    /* 获取文件的属性 */
    if ((fstat(fd, &sb)) == -1) {
        perror("fstat");
    }

    /* 将文件映射至进程的地址空间 */
    if ((mapped = (char *)mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ | 
                    PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0)) == (void *)-1) {
        perror("mmap");
    }

    /* 文件已在内存, 关闭文件也可以操纵内存 */
    close(fd);
    
    /* 每隔两秒查看存储映射区是否被修改 */
    while (1) {
        printf("%s\n", mapped);
        sleep(2);
    }

    return 0;
}

#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <error.h>

#define BUF_SIZE 100

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd, nread, i;
    struct stat sb;
    char *mapped, buf[BUF_SIZE];

    for (i = 0; i < BUF_SIZE; i++) {
        buf[i] = '#';
    }

    /* 打开文件 */
    if ((fd = open(argv[1], O_RDWR)) < 0) {
        perror("open");
    }

    /* 获取文件的属性 */
    if ((fstat(fd, &sb)) == -1) {
        perror("fstat");
    }

    /* 私有文件映射将无法修改文件 */
    if ((mapped = (char *)mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ | 
                    PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, fd, 0)) == (void *)-1) {
        perror("mmap");
    }

    /* 映射完后, 关闭文件也可以操纵内存 */
    close(fd);

    /* 修改一个字符 */
    mapped[20] = '9';
 
    return 0;
}

6.3 匿名映射实现父子进程通信

#include <sys/mman.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

#define BUF_SIZE 100

int main(int argc, char** argv)
{
    char    *p_map;

    /* 匿名映射,创建一块内存供父子进程通信 */
    p_map = (char *)mmap(NULL, BUF_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE,
            MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);

    if(fork() == 0) {
        sleep(1);
        printf("child got a message: %s\n", p_map);
        sprintf(p_map, "%s", "hi, dad, this is son");
        munmap(p_map, BUF_SIZE); //实际上，进程终止时，会自动解除映射。
        exit(0);
    }

    sprintf(p_map, "%s", "hi, this is father");
    sleep(2);
    printf("parent got a message: %s\n", p_map);

    return 0;
}

---

转自：
认真分析mmap：是什么 为什么 怎么用
mmap详解