【Linux】存储映射I/O—mmap

古城微笑少年丶 2022-05-30 10:08 160阅读 0赞

存储映射I/O能将一个磁盘文件映射到存储空间中的一个缓冲区上，于是可以用对缓冲区的读写代替对磁盘文件的读写，这样就可以在不使用read和write的情况下执行I/O。为了实现这种功能，应首先将一个给定的文件映射到一个存储区域中，这由mmap函数实现。  
注：子进程能够通过fork继承父进程的存储映射区。

## mmap函数 ##

#include <sys/mman.h>
    void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flag, int fd, off_t off);
    返回值：若成功，返回映射区的起始地址； 若出错，返回MAP_FAILED

### 参数 ###

*  addr
    
    用于指定映射存储区的起始地址。通常将其设置为0，表示由系统选择该起始地址，并由函数返回。
 *  fd  
    指定要被映射文件的描述符。在文件映射到地址空间之前，必须先打开该文件。
 *  len  
    指定要映射的字节数。
 *  off  
    要映射字节在文件中的起始偏移量。
 *  prot  
    指定映射存储区域的保护要求。如下图所示
    
    <table> 
     <thead> 
      <tr> 
       <th>prot</th> 
       <th>说明</th> 
      </tr> 
     </thead> 
     <tbody> 
      <tr> 
       <td>PROT_READ</td> 
       <td>映射区可读</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>PROT_WRITE</td> 
       <td>映射区可写</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>PROT_EXEC</td> 
       <td>映射区可执行</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>PROT_NONE</td> 
       <td>映射区不可访问</td> 
      </tr> 
     </tbody> 
    </table>
    
    可将proc参数指定为PROT\_NONE，也可以指定为其他三项的任意组合的按位或。要注意，对于指定映射区域的保护要求不能超过文件open模式访问权限。例如，文件是只读打开的，就不能对映射区指定PROT\_WRITE。
 *  flag  
    下图展示了一个存储映射文件  
    ![70][]
    
    图中“起始地址”是mmap的返回值，映射存储区位于堆和栈之间（具体取决于实现）
    
    下面是flag参数可选的值，它们影响着映射存储区的多种属性：  
    *每种实现可能还有其它的一些标志值，具体参见系统手册。*
    
     *  MAP\_FIXED  
        返回值必须等于参数addr。这不利于可移植性，所以不推荐使用。如未指定此标志，且addr不为0，则系统只把addr作为一个建议，但是不保证会使用该地址。
     *  MAP\_SHARED  
        这一标志描述了进程对映射区所进行的存储操作的配置。该标志指定存储操作修改映射文件，也就是存储操作相当于对该文件的write。  
        注意：必须指定本标志或下一个标志（MAP\_PRIVATE)，但不能同时指定。
     *  MAP\_PRIVATE  
        本标志说明，对映射区的存储操作导致该映射文件的一个私有副本。所有后来对该映射区的引用都是引用该副本。任何修改只影响该副本，而不影响源文件。
    
    ***off和addr通常被要求是虚拟存储页长的整数倍，该长度可通过使用参数\_SC\_PAGE\_SIZE的sysconf函数获得。***

### 相关信号 ###

*  SIGSEGV  
    只是进程试图访问对它不可用的存储区。如果映射区指定为只读，那么试图向其中写入数据就会产生该信号
 *  SIGBUS
    
    如果映射区的某部分在访问时已不存在，则产生该信号。

## munmap函数 ##

当进程终止时，会自动解除存储映射区的映射，或者调用munmap函数也可以解除映射区。关闭被映射的文件描述符并不能解除映射区。munmap并不会使映射区的内容写入到磁盘文件中，对于MAP\_SHARED区的数据，会由内核在某个时刻将其写入磁盘文件；而对于MAP\_PRIVATE区的修改会被丢弃。

#include <sys/mman.h>
    int munmap(void *addr, size_t len)
        //返回值：成功，返回0；出错，返回-1

;

## mprotect函数 ##

调用该函数可以修改一个现有映射的权限。

#include <sys/mman.h>
    int mprotect(void *addr, size_t len, int prot);
        //返回值：成功，返回0；出错，返回-1

## msync函数 ##

将被修改的页冲洗到被映射的文件中。

#include <sys/mman.h>
    int msync(void *addr, size_t len, int flags);
        //返回值：成功，返回0；出错，返回-1