Linux之共享内存mmap用法实例(六十三)

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🍉🍉🍉文章目录🍉🍉🍉

    • 🌻1.前言
    • 🌻2.Linux mmap介绍
    • 🌻3.代码实例
      • 🐓3.1 基本内存映射和读取
      • 🐓3.2 共享内存映射和写入
      • 🐓3.3 匿名内存映射

🌻1.前言

本篇目的:Linux之共享内存mmap用法实例

🌻2.Linux mmap介绍

  • Linux下的mmap是一种内存映射的机制,允许用户空间的应用程序将文件或设备直接映射到内存中。这种机制可以提供高效的大文件读写方式,同时避免了传统文件读写操作的系统调用开销。
  • mmap机制将文件内容映射到进程的地址空间,使得进程可以通过操作内存的方式读写文件,而无需进行文件系统的I/O操作。这对于频繁访问大型文件的应用程序来说,可以显著提高性能,因为它减少了数据在用户空间和内核空间之间的拷贝次数。
  • mmap函数的原型定义在<sys/mman.h>头文件中,其基本调用形式如下:
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
  • 参数说明如下:
  • addr:指定映射内存的起始地址,通常设置为NULL,让系统自动选择。
  • length:要映射的内存长度。
  • prot:映射区域的保护模式,可以是PROT_READPROT_WRITEPROT_EXEC等,或者它们的组合。
  • flags:映射区域的标志,常用的标志有MAP_SHAREDMAP_PRIVATEMAP_ANONYMOUSMAP_GROWSDOWN等。
  • fd:文件描述符,来自于之前对文件的open操作。
  • offset:文件映射开始的偏移量,通常是对文件大小的偏移。
    mmap的返回值是一个void*类型的指针,指向映射内存的起始地址。如果映射失败,则返回NULL,并设置errno来指示错误。
    内存映射通常分为两种模式:
  1. MAP_SHARED:映射区域的内存可以被多个进程共享。对共享映射区域的修改会立即反映到文件系统中,反之亦然。
  2. MAP_PRIVATE:映射区域的内存对其他进程是不可见的。对私有映射区域的修改不会影响文件系统,但可以提高数据访问的效率。
    此外,mmap还可以用于匿名内存映射,即不与任何文件关联的内存映射。这时可以使用MAP_ANONYMOUS标志,并通常与/dev/zero设备文件一起使用,以分配不来自文件的内存。
  • 内存映射的解除可以通过munmap函数实现,其原型如下:
int munmap(void *addr, size_t length);
  • 参数addrmmap返回的地址,length是要解除映射的长度。成功时返回0,失败时返回-1并设置errno
  • mmap机制在Linux系统中广泛应用于高效的数据处理,如数据库、缓存、文件共享等。它也是许多高性能服务器和客户端应用程序的关键特性之一。
  • 使用mmap时,开发者需要充分理解内存保护机制,以避免可能的竞态条件和数据不一致问题。

🌻3.代码实例

🐓3.1 基本内存映射和读取

#include <iostream>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string>int main() {// 打开文件int fd = open("example.txt", O_RDONLY);if (fd == -1) {std::cerr << "Open file failed." << std::endl;return 1;}// 映射文件void* map = mmap(NULL, 1024, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);if (map == MAP_FAILED) {std::cerr << "Map memory failed." << std::endl;close(fd);return 1;}// 读取映射的内容char buffer[1024];std::memcpy(buffer, map, 1024);// 输出内容std::cout << "Content of the file: " << buffer << std::endl;// 解除映射munmap(map, 1024);// 关闭文件close(fd);return 0;
}

🐓3.2 共享内存映射和写入

#include <iostream>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string>int main() {// 创建共享内存文件int fd = open("shared_memory.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0644);if (fd == -1) {std::cerr << "Open file failed." << std::endl;return 1;}// 映射文件void* map = mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);if (map == MAP_FAILED) {std::cerr << "Map memory failed." << std::endl;close(fd);return 1;}// 写入内容std::string message("Hello, shared memory!");std::memcpy(map, message.c_str(), message.size());// 输出内容char buffer[1024];std::memcpy(buffer, map, 1024);std::cout << "Written content: " << buffer << std::endl;// 解除映射munmap(map, 1024);// 关闭文件close(fd);return 0;
}

🐓3.3 匿名内存映射

#include <iostream>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string>int main() {// 创建一个匿名内存区域void* map = mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, -1, 0);if (map == MAP_FAILED) {std::cerr << "Map memory failed." << std::endl;return 1;}// 写入内容std::string message("Hello, anonymous memory!");std::memcpy(map, message.c_str(), message.size());// 输出内容char buffer[1024];std::memcpy(buffer, map, 1024);std::cout << "Written content: " << buffer << std::endl;// 输出内容char buffer[1024];std::memcpy(buffer, map, 1024);std::cout << "Written content: " << buffer << std::endl;// 解除映射munmap(map, 1024);return 0;
}

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