Linux中共享内存(mmap函数的使用)

内存映射的基本使用

• 内存映射
  概念：
  使一个磁盘文件与内存中的一个缓冲区相映射，进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用read,write。
  mmap()的优点：
  实现了用户空间和内核空间的高效交互方式
  • 优化前：
  • 优化后：
    
  • 文件映射图
    
• 函数定义：
  void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
  功能：创建共享内存映射
  函数返回值：成功返回创建的映射区首地址，失败返回MAP_FAILED（ ((void *) -1) ），设置errno值
  参数说明：
  addr：指定要映射的内存地址，一般设置为 NULL 让操作系统自动选择合适的内存地址。
  length：必须>0。映射地址空间的字节数，它从被映射文件开头 offset 个字节开始算起。
  prot：指定共享内存的访问权限。可取如下几个值的可选：PROT_READ（可读）, PROT_WRITE（可写）, PROT_EXEC（可执行）, PROT_NONE（不可访问）。
  flags：由以下几个常值指定：MAP_SHARED（共享的） MAP_PRIVATE（私有的）, MAP_FIXED（表示必须使用 start 参数作为开始地址，如果失败不进行修正），其中，MAP_SHARED , MAP_PRIVATE必选其一，而 MAP_FIXED 则不推荐使用。MAP_ANONYMOUS（匿名映射，用于血缘关系进程间通信）
  fd：表示要映射的文件句柄。如果匿名映射写-1。
  offset：表示映射文件的偏移量，一般设置为 0 表示从文件头部开始映射。
  注意事项：
  （1） 创建映射区的过程中，隐含着一次对映射文件的读操作，将文件内容读取到映射区。
  （2） 当MAP_SHARED时，要求：映射区的权限应 <=文件打开的权限(出于对映射区的保护)，如果不满足报非法参数（Invalid argument）错误。
  当MAP_PRIVATE时候，mmap中的权限是对内存的限制，只需要文件有读权限即可，操作只在内存有效，不会写到物理磁盘，且不能在进程间共享。
  （3） 映射区的释放与文件关闭无关，只要映射建立成功，文件可以立即关闭。
  （4） 用于映射的文件大小必须>0，当映射文件大小为0时，指定非0大小创建映射区，访问映射地址会报总线错误，指定0大小创建映射区，报非法参数错误（Invalid argument）
  （5） 文件偏移量必须为0或者4K的整数倍（不是会报非法参数Invalid argument错误）.
  （6）映射大小可以大于文件大小，但只能访问文件page的内存地址，否则报总线错误 ，超出映射的内存大小报段错误
  注意：文件大小和内存映射的关系图
  
  
  （7）mmap创建映射区出错概率非常高，一定要检查返回值，确保映射区建立成功再进行后续操作。
• mmap()映射的种类：
  基于文件的映射
  • 案例代码：
    读代码如下：
    
  • 写代码如下：
    
  • 运行如下：
    
• 匿名映射
  适用于具有亲缘关系的进程之间
  • 代码如下：
    
• 释放内存映射
  munmap函数
  int munmap(void *addr, size_t length);
  返回值：成功返回0，失败返回-1，并设置errno值。
  函数参数：
  addr：调用mmap函数成功返回的映射区首地址
  length：映射区大小（即：mmap函数的第二个参数）

System V IPC

• IPC对象包含：共享内存、消息队列和信号灯集
• 每个IPC对象有唯一的ID，用Key关联
• IPC对象创建后一直存在，直到被显示地删除
• ipcs/ipcrm
• 共享内存
  • 共享内存是一种最为高效的进程间通信放肆，进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝
  • 共享内存存在内核空间创建，可被进程映射到用户空间访问，使用灵活
  • 由于多个进程可同时访问共享内存，因此需要同步和互斥机制配合使用
• 共享内存使用步骤
  1生成key
  2创建/打开共享内存
  3映射共享内存，即把指定的共享内存映射到进程的地址空间用于访问
  4 读写共享内存
  5 撤销共享内存映射
  6 删除共享内存对象
• 生成key函数如下：
  key_t ftok(const char *path, int id);
  其中参数path是指定的文件名，这个文件必须是存在的而且可以访问的。id是子序号，它是一个8bit的整数。即范围是0~255。当函数执行成功，则会返回key_t键值，否则返回-1。在一般的UNIX中，通常是将文件的索引节点取出，然后在前面加上子序号就得到key_t的值
• 生成key代码如下：
  
• 创建共享内存函数：
  共享内存创建 – shmget
  int shmget(key_t key, int size, int shmflg);
• 共享内存映射
  void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
  第二个参数一般写NULL，表示自动映射
  第三参数一般写0 ，表示可读写
• 共享内存撤销
  int shmdt(void *shmaddr);
  撤销后，内存地址不可再访问。
• 共享内存控制
  int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
  shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);删除共享内存
• 总体代码如下：
  
  注：撤销和删除有区别的，删除是彻底删除，需要重新创建，而撤销则内存还在那，但要注意不用的时候一定要撤销，不然别人想删除删不掉