linux编程学习笔记(三) 虚拟内存映射 brk sbrk mmap umap

原地址：http://blog.youkuaiyun.com/a8887396/article/details/8996213

1 问题: 一个程序为什么不能访问另外一个程序的地址指向的空间.

理解:
1.每个程序的开始地址0x80084000
2.程序中使用的地址不是物理,而是逻辑地址(虚拟内存).
逻辑地址仅仅是编号.编号使用int 4字节整数表示.
4294967296

每个程序提供了4G的访问能力

2 问题: 什么是内存映射? 什么是越界访问?为何出现段错误?

逻辑地址与物理地址关联才有意义:过程称为内存映射.

背景:
虚拟内存的提出:禁止用户直接访问物理存储设备.
有助于系统的稳定.

结论:
虚拟地址与物理地址映射的时候有一个基本单位:
4k字节  0x1000 1 内存页.
(malloc时 一次性最少映射一个页,这个范围内访问不会出现段错误)

段错误意味:地址没有映射到物理空间

越界访问: 比如malloc分配的空间之外的空间可以访问,但访问非法!

越界访问不一定会产生断错误

访问的虚拟内存地址没有与物理内存地址映射一定会出现段错误

3 虚拟内存的映射 

1 brk/sbrk 内存映射函数

补充： 帮助手册
man 节 关键字
1-8节
1：Linux系统（shell）指令  
2：系统函数  
3：标准C函数
7：系统编程帮助  man tcp ,man icmp ,man socket


分配释放内存：

void* sbrk(int increment) //返回空间地址
int brk(void *addr) //分配空间 释放空间
应用：
1 使用sbrk 分配空间
2 使用sbrk得到没有映射的虚拟地址
3 使用brk分配空间
4 使用brk释放空间


理解：
void* sbrk(int size)   //使用相对位置进行分配和释放
sbrk 与 brk 后台系统维护一个指针，增加这个指针相当与分配内存，减小这个指针相当与释放内存
指针默认是null。
调用sbrk，判断指针是否是0 ，是：1初始化指针（一页的起始地址） 2返回指针
3同时把指针+size（若此地址未映射，则先映射一页空间）
，否：1返回指针  2 指针位置+size
sbrk(a) 用于分配a字节的空间, 返回值是这个空间的起始地址
sbrk(-a) 用于释放a字节的空间
sbrk(0) 用于取得目前指针的位置
失败返回 (void *)(-1)


int brk(void *addr) //使用绝对地址进行分配和释放

将指针设置在addr，addr以前空间都被分配出来。addr一般通过sbrk(0)来获得
若未映射则先映射
失败返回-1

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1. #include <stdio.h>  
2. #include <unistd.h>  
3.   
4. int main()  
5. {  
6.     int *p1 = sbrk(4); // 返回空闲地址 内部指针+4  
7.     int *p2 = sbrk(200);// 返回内部指针 内部指针+200  
8.     int *p3 = sbrk(0); //返回内部指针  
9.       
10.     printf("%p\n",p1);  
11.     printf("%p\n",p2);  
12.     printf("%p\n",p3);  
13.     /* 
14.     0x84fb000 
15.     0x84fb004 
16.     0x84fb0cc 
17.     */    
18.     printf("pid:%d\n",getpid());  
19.     while(1) {}  
20. }  

[cpp]  view plain copy

1. #include <stdio.h>  
2. #include <unistd.h>  
3.   
4. int main()  
5. {  
6.   
7.     int *p1 = sbrk(0); // 返回空闲地址  没分配地址  
8.     brk(p1+100); //分配一个空间：发现是未映射的，先映射一个页，再分配100字节（参数是分配空间的结束地址）  
9.   
10.     *(p1+100) = 80;  
11.     *(p1+1000) = 800; // 越界访问也是可以的  
12.       
13.     brk(p1+1); //将分配的空间的尾地址设置为p1+1  
14.     *(p1+100) = 99; //越界访问仍然可以  
15.       
16.     brk(p1); //继续释放，将分配的空间的尾地址设置为p1 因为这个页里面分配0空间，这个页不再被映射  
17.     *(p1) = 100; //段错误 地址未映射  
18.       
19.   
20.       
21. }  

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1. /* 
2.  找出1-10000中的素数，存在内存中，最后再打印出来。 
3. */  
4.   
5.   
6. #include <stdio.h>  
7. #include <unistd.h>  
8. #include <math.h>  
9.   
10. int main()  
11. {  
12.     int *p_start ,*p_end;  
13.     p_start = sbrk(0);  
14.     p_end = p_start;  
15.     int i,j;  
16.     int is_sushu;  
17.       
18.     for(i = 2; i < 1001; i++)  
19.     {  
20.         is_sushu = 1;  
21.         for( j=2; j<sqrt(i); j++)  
22.         {  
23.             if( i%j ==0 )  
24.             {  
25.                 is_sushu = 0;  
26.                 break;  
27.             }  
28.         }  
29.             if(is_sushu)  
30.             {  
31.                 brk(p_end+1);  
32.                 *p_end = i;  
33.                 p_end +=1;  
34.             }  
35.     }  
36.       
37.           
38.     int *p = p_start;  
39.     while(p!= p_end)  
40.     {  
41.         printf("%d ",*p);  
42.         p++;  
43.     }  
44.       
45.     brk(p_start);  
46.     printf("\n");  
47.   
48.       
49. }  

mmap（ 分配）/umap(释放)

1函数说明
  void *mmap(
void *start, //指定映射的虚拟地址  如为0 系统指定开始位置
size_t length, //映射的空间大小 ： pagesize倍数
int prot,//映射权限 PROT_NONE PROT_READ PROT_WRITE PROT_EXEC
int flags,//映射方式
int fd,//文件描述符
offset_t  off); //文件中的偏移位置（必须是page_size的倍数）
       int munmap(void *addr, size_t length);


       
       映射方式：
内存映射：匿名映射
文件映射：映射到文件 ，只有当文件映射时，最后两个参数才有效


MAP_ANONYMOUS 写了就是内存映射 不写就是文件映射
MAP_PRIVATE MAP_SHARED 2选1


  umap(void *start,size_t lenth)

[cpp]  view plain copy

1. #include <stdio.h>  
2. #include <sys/mman.h>  
3. #include <stdlib.h> //NULL宏  
4. #include <unistd.h> //getpagesize()  
5.   
6. main()  
7. {  
8.       
9.     int *p =mmap(  
10.         NULL,  
11.         getpagesize(),  
12.         PROT_READ|PROT_WRITE, //只写WRITE时可以读，只写READ时不可以写 段错误  
13.         MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED,  
14.         0,0);  
15.     *p = 20;  
16.     *(p+1) = 30;  
17.     *(p+2) = 40;  
18.       
19.     printf("%d\n",p[2]); //40  
20.       
21.     printf("%p\n",p);  
22.     munmap(p,4096);  
23.   
24.     printf("pid:%d\n",getpid());  
25.     while(1){}    
26. }  

3总结

智能指针
最方便使用STL new
STL
new
malloc  小而多的数据
效率最高：brk mmap
brk/sbrk 同类型的大块数据，根据需要动态移动指针
mmap/munmap 控制内存访问 内存直接向使用文件映射 控制内存共享