記憶體映射

mmap()系統調用在調用進程的虛擬地址空間中提供映射，將檔或設備映射到記憶體中。 下麵是兩種類型 -

檔映射或檔支持的映射 - 此映射將進程的虛擬記憶體區域映射到檔。 這意味著讀取或寫入這些記憶體區域會導致檔被讀取或寫入。這是默認的映射類型。

匿名映射 - 此映射映射進程的虛擬記憶體區域，不受任何檔的支持。 內容被初始化為零。 這種映射類似於動態記憶體分配(malloc())，在某些malloc()實現中用於某些分配。

一個進程映射中的記憶體可以與其他進程中的映射共用。 這可以通過兩種方式完成 -

• 當兩個進程映射檔的同一個區域時，它們共用相同的物理記憶體頁面。
• 如果創建了一個子進程，它將繼承父進程的映射，並且這些映射引用與父進程相同的物理記憶體頁面。 在子進程中的任何數據更改後，將為子進程創建不同的頁面。

當兩個或多個進程共用相同的頁面時，每個進程可以根據映射類型查看其他進程所做的頁面內容更改。 映射類型可以是私有的也可以是共用的 -

• 私有映射(MAP_PRIVATE) - 對此映射的內容所做的修改對其他進程是不可見的，並且映射不會傳遞到底層檔。
• 共用映射(MAP_SHARED) - 對此映射內容的修改對其他進程可見，並將映射傳送到底層檔。

#include <sys/mman.h>

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

上述系統調用返回成功映射的起始地址，或者返回MAP_FAILED出錯。

虛擬地址addr可以是用戶指定的，也可以是內核生成的(將addr作為NULL傳遞)。 指示的字段長度需要以位元組為單位的映射大小。 字段prot表示記憶體保護值，例如PROT_NONE，PROT_READ，PROT_WRITE，PROT_EXEC分別表示不可訪問，讀取，寫入或執行的區域。 該值可以是單個(PROT_NONE)，也可以是三個標誌中的任何一個(最後3個)。 字段標誌指示映射類型或MAP_PRIVATE或MAP_SHARED。 字段'fd'表示標識要映射的檔的檔描述符，字段'offset'表示檔的起始點，如果需要映射整個檔，offset應該是零。

#include <sys/mman.h>

int munmap(void *addr, size_t length);

上述系統調用在成功時返回0，錯誤時返回-1。

系統調用munmap，執行已映射記憶體區域的映射。 字段addr指示映射的起始地址，length指示要被映射的映射的大小(以位元組為單位)。 通常，映射和解映射將針對整個映射區域。 如果這必須有所不同，那麼它應該被縮小或分成兩部分。 如果addr沒有任何映射，這個調用將不起作用，調用返回0(成功)。

讓我們考慮一個例子 -

第1步 - 寫入檔如下所示的字母數字字元 -

第2步 - 使用mmap()系統調用將檔內容映射到記憶體中。 這將映射到記憶體後返回起始地址。

第3步 - 使用數組表示法訪問檔內容(也可以使用指針表示法訪問)，因為不會讀取昂貴的read()系統調用。 使用記憶體映射，避免在用戶空間，內核空間緩衝區和緩沖區緩存之間進行多次複製。
第4步 - 重複讀取檔內容，直到用戶輸入“-1”(表示訪問結束)。
第5步 - 執行清理活動，即取消映射映射的記憶體區域(munmap())，關閉檔並刪除檔。

/* Filename: mmap_test.c */
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
void write_mmap_sample_data();

int main() {
   struct stat mmapstat;
   char *data;
   int minbyteindex;
   int maxbyteindex;
   int offset;
   int fd;
   int unmapstatus;
   write_mmap_sample_data();
   if (stat("MMAP_DATA.txt", &mmapstat) == -1) {
      perror("stat failure");
      return 1;
   }

   if ((fd = open("MMAP_DATA.txt", O_RDONLY)) == -1) {
      perror("open failure");
      return 1;
   }
   data = mmap((caddr_t)0, mmapstat.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);

   if (data == (caddr_t)(-1)) {
      perror("mmap failure");
      return 1;
   }
   minbyteindex = 0;
   maxbyteindex = mmapstat.st_size - 1;

   do {
      printf("Enter -1 to quit or ");
      printf("enter a number between %d and %d: ", minbyteindex, maxbyteindex);
      scanf("%d",&offset);
      if ( (offset >= 0) && (offset <= maxbyteindex) )
      printf("Received char at %d is %c\n", offset, data[offset]);
      else if (offset != -1)
      printf("Received invalid index %d\n", offset);
   } while (offset != -1);
   unmapstatus = munmap(data, mmapstat.st_size);

   if (unmapstatus == -1) {
      perror("munmap failure");
      return 1;
   }
   close(fd);
   system("rm -f MMAP_DATA.txt");
   return 0;
}

void write_mmap_sample_data() {
   int fd;
   char ch;
   struct stat textfilestat;
   fd = open("MMAP_DATA.txt", O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY, 0666);
   if (fd == -1) {
      perror("File open error ");
      return;
   }
   // Write A to Z
   ch = 'A';

   while (ch <= 'Z') {
      write(fd, &ch, sizeof(ch));
      ch++;
   }
   // Write 0 to 9
   ch = '0';

   while (ch <= '9') {
      write(fd, &ch, sizeof(ch));
      ch++;
   }
   // Write a to z
   ch = 'a';

   while (ch <= 'z') {
      write(fd, &ch, sizeof(ch));
      ch++;
   }
   close(fd);
   return;
}

執行上面示例代碼，得到以下結果 -

Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 3
Received char at 3 is D
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 28
Received char at 28 is 2
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 38
Received char at 38 is c
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 59
Received char at 59 is x
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 65
Received invalid index 65
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: -99
Received invalid index -99
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: -1