存储映射I/O与mmap函数详解-优快云博客

本文深入解析了存储映射I/O的概念及其核心应用——mmap函数。详细介绍了mmap函数的参数、返回值及注意事项，通过实例演示了如何使用mmap进行文件映射，以及在进程间共享文件数据的方法。

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一、存储映射I/O

存储映射I/O使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区映射，于是当从缓冲区中取数据，就相当于读文件中的相应字节。于此类似，将数据存入缓冲区，则相应的字节就自动写入文件，这样，就可在不不适用read和write函数的情况下，使用地址(指针)完成I/O操作。

使用这种方法，首先应通知内核，将一个指定文件映射到存储区域中，这个映射工作可以通过mmap函数来实现。

二、主要应用函数

1. mmap函数原型：

#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
                                 返回值：若成功，返回映射区的起始位置；若出错，返回MAP_FALLED

参数：

addr：建立映射区的首地址，由于Linux内核指定，使用时，直接传递NULL

lengrh：欲创建映射区的大小

prot： 映射区权限PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ | PROT_WRITE

flag： 标志位参数(常用于设定更新物理区、设置共享、创建匿名映射区)

MAP_SHARED：会将映射区所做的操作反映到物理设备(磁盘)上。

MAP_PRIVATE：映射区所做的修改不会反映到物理设备。

fd： 用来建立映射区的文件描述符。

offset： 映射文件的偏移量（4k的整数倍）

使用mmap时务必注意以下事项：

创建映射区的过程，隐含着一次对映射文件的读操作。
当MAP_SHARED时，要求：映射区的权限应 <= 文件打开的权限(处于对映射区的保护）。而MAP_PRIVATE则无所谓，因为mmap中的权限是对内存的限制。
映射区的释放与文件关闭无关，只要映射区建立成功，文件可以立即关闭。
特别注意。当映射区文件大下为0时，不能创建映射区。所以：用于映射区的文件必须要有实际大小！！mmap使用时常常会出现总线错误，通常是由于共享文件存储空间大小引起的。（文件的大小不能小于映射区的大小）
mummap传入地址一定是mmap的返回地址。坚决杜绝指针++操作。
文件偏移量必须为4k的整数倍
mmap创建映射区错概率非常高，一定要检查返回值，确保映射区建立成功在进行后续操作。

示意图：

三、程序清单

1. 测试代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    int fd1, fd2;
    pid_t pid;
    char buf[1024];
    char *str = "----------test for shared fd in parent child process-----";

    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....");
    } else {
        fd2 = open("test.txt", O_RDWR);
        if(fd2 < 0) {
            perror("open error");
            exit(1);
        }
        sleep(1);
        int len = read(fd2, buf, sizeof(buf));
        write(STDOUT_FILENO, buf, len);

        wait(NULL);
    }
    return 0;
}

输出结果：

2 测试代码：

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

int main()
{
    int len, ret;
    char *p = NULL;
    int fd = open("mytest.txt", O_CREAT | O_RDWR, 0644);
    if(fd < 0) {
        perror("open error: ");
        exit(1);
    }
    len = ftruncate(fd, 4);
    p = mmap(NULL, 4, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(p == MAP_FAILED) {
        perror("mmap error:");
        exit(1);
    }
    strcpy(p, "abc");  //写数据
        ret = munmap(p, 4);
    if(ret == -1) {
        perror("mmap error:");
        exit(1);
    }
    close(fd);
    return 0;
}

输出结果：