mmap使用详解

mmap使用详解

mmap

原型: void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offsize);

参数：

addr：指定映射的起始地址, 通常设为NULL, 由系统指定。
length：将文件的多大长度映射到内存。
prot：映射区的保护方式, 可以是：
- PROT_EXEC：映射区可被执行。
- PROT_READ：映射区可被读取。
- PROT_WRITE：映射区可被写入。
- PROT_NONE：映射区不能存取。
flags：映射区的特性, 可以是：
- MAP_SHARED：对映射区域的写入数据会复制回文件, 且允许其他映射该文件的进程共享。
- MAP_PRIVATE：对映射区域的写入操作会产生一个映射的复制(copy-on-write), 对此区域所做的修改不会写回原文件。
- 此外还有其他几个flags不很常用, 具体查看linux C函数说明。
fd：由open返回的文件描述符, 代表要映射的文件。
offset：以文件开始处的偏移量, 必须是分页大小的整数倍, 通常为0, 表示从文件头开始映射。

返回值： 成功则返回映射区起始地址，失败则返回MAP_FAILED(-1)，errno被设置成以下值：

EACCES：访问出错
EAGAIN：文件已被锁定，或者太多的内存已被锁定
EBADF：fd不是有效的文件描述词
EINVAL：一个或者多个参数无效
ENFILE：已达到系统对打开文件的限制
ENODEV：指定文件所在的文件系统不支持内存映射
ENOMEM：内存不足，或者进程已超出最大内存映射数量
EPERM：权能不足，操作不允许
ETXTBSY：已写的方式打开文件，同时指定MAP_DENYWRITE标志
SIGSEGV：试着向只读区写入
SIGBUS：试着访问不属于进程的内存区

实现过程：

先通过文件系统定位要映射的文件；
权限检查, 映射的权限不会超过文件打开的方式, 也就是说如果文件是以只读方式打开, 那么则不允许建立一个可写映射；
创建一个vma对象, 并对之进行初始化；
调用映射文件的mmap函数, 其主要工作是给vm_ops向量表赋值；
把该vma链入该进程的vma链表中, 如果可以和前后的vma合并则合并；
如果是要求VM_LOCKED(映射区不被换出)方式映射, 则发出缺页请求, 把映射页面读入内存中.

内存映射图

munmap

原型: int munmap(void *start, size_t length);

参数：

start：需要释放的映射内存地址。
length：释放的内存大小。

实现过程：

该调用可以看作是mmap的一个逆过程. 它将进程中从start开始length长度的一段区域的映射关闭, 如果该区域不是恰好对应一个vma, 则有可能会分割几个或几个vma。

msync

原型: int msync(const void *start, size_t length, int flags);

参数：

start 映射内存起始地址
length 内存大小
flags标识：
- MS_ASYNC : 立即将资料写入。
- MS_SYNC : 在msync结束返回前，将资料写入。
- MS_INVALIDATE : 让核心自行决定是否写入，仅在特殊状况下使用

实现过程：

把映射区域的修改回写到后备存储中. 因为munmap时并不保证页面回写, 如果不调用msync, 那么有可能在munmap后丢失对映射区的修改。该系统调用是通过调用映射文件的sync函数来完成工作的。

示例代码

#include <sys/mman.h>   /* for mmap and munmap */
#include <sys/types.h>  /* for open */
#include <sys/stat.h>   /* for open */
#include <fcntl.h>      /* for open */
#include <unistd.h>     /* for lseek and write */
#include <stdio.h>      /* i/o */

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    char *mapped_mem, *p;
    int flength = 1024;
    void *start_addr = 0;

    fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);
    flength = lseek(fd, 1, SEEK_END);
    /* 在文件最后添加一个空字符，以便下面printf正常工作 */
    write(fd, "\0", 1);         
    lseek(fd, 0, SEEK_SET);
    
    /* 使用内存映射 */
    mapped_mem = mmap(start_addr, flength, PROT_READ,   // 允许读
                      MAP_PRIVATE,                      // 不允许其它进程访问此内存区域
                      fd, 0);
                      
    /* 为了保证这里工作正常，参数传递的文件名最好是一个文本文件 */
    printf("%s\n", mapped_mem);                         
    close(fd);
    munmap(mapped_mem, flength);
    
    return 0;
}

mmap使用详解

相关函数

mmap

内存映射图

munmap

msync

示例代码