mmap映射区和shm共享内存的区别总结

Love The Way You Lie 2022-10-05 04:44 133阅读 0赞

linux中的两种共享内存。一种是我们的IPC通信System V版本的共享内存，另外的一种就是我们今天提到的存储映射I/O（mmap函数）

在说mmap之前我们先说一下普通的读写文件的原理，进程调用read或是write后会陷入内核，因为这两个函数都是系统调用，进入系统调用后，内核开始读写文件，假设内核在读取文件，内核首先把文件读入自己的内核空间，读完之后进程在内核回归用户态，内核把读入内核内存的数据再copy进入进程的用户态内存空间。实际上我们同一份文件内容相当于读了两次，先读入内核空间，再从内核空间读入用户空间。

Linux提供了内存映射函数mmap, 它把文件内容映射到一段内存上(准确说是虚拟内存上), 通过对这段内存的读取和修改, 实现对文件的读取和修改,mmap()系统调用使得进程之间可以通过映射一个普通的文件实现共享内存。普通文件映射到进程地址空间后，进程可以向访问内存的方式对文件进行访问，不需要其他系统调用(read,write)去操作。

mmap图示例：

![SouthEast][]

mmap系统调用介绍

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
                      int fd, off_t offset);

这就是mmap系统调用的接口，mmap函数成功返回指向内存区域的指针，图上的进程的地址空间的开始地址就是mmap函数的返回值，失败返回MAP\_FAILED。

addr，某个特定的地址作为起始地址，当被设置为NULL，系统会在地址空间选择一块合适的内存区域。

length说的是内存段的长度。

prot是用来设定内存段的访问权限。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>prot参数</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>PROT_READ</td> 
   <td>内存段可读</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PROT_WRITE</td> 
   <td>内存段可写</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PROT_EXEC</td> 
   <td>内存段可执行</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PROT_NONE</td> 
   <td>内存段不能被访问</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

flags参数控制内存段内容被修改以后程序的行为。

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;flags参数</td> 
   <td>&nbsp;说明</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MAP_SHARED</td> 
   <td>&nbsp;进程间共享内存，对该内存段修改反映到映射文件中。提供了POSIX共享内存</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MAP_PRIVATE&nbsp;&nbsp;</td> 
   <td>&nbsp;内存段为调用进程所私有。对该内存段的修改不会反映到映射文件</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MAP_ANNOYMOUS&nbsp;&nbsp;</td> 
   <td>这段内存不是从文件映射而来的。内容被初始化为全0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MAP_FIXED</td> 
   <td>内存段必须位于start参数指定的地址处，start必须是页大小的整数倍（4K整数倍）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MAP_HUGETLB&nbsp;&nbsp;</td> 
   <td>按照大内存页面来分配内存空间</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

fd参数是用来被映射文件对应的文件描述符。通过open系统调用得到。offset设定从何处进行映射。

mmap使用注意事项：

![SouthEast 1][]

利用mmap进行非血缘进程间通信代码：

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<unistd.h>
    #include<fcntl.h>
    #include<sys/types.h>
    #include<sys/stat.h>
    #include<sys/mman.h>
    #include<string.h>
     
    struct STU
    {
    	int age;
    	char name[20];
    	char sex;
    };
     
    int main(int argc,char *argv[]) //这个进程用于创建映射区进行写。
    {
    	if(argc != 2)
    	{
    		printf("./a,out  file");
    		exit(1);
    	}
     
    	struct STU student = {10,"xiaoming",'m'};
     
    	int fd = open(argv[1],O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644);
    	if(fd < 0)
    	{
    		perror("open");
    		exit(2);
    	}
    	ftruncate(fd,sizeof(struct STU)); //文件拓展大小。
    	
    	struct STU *p = (struct STU*)mmap(NULL,sizeof(struct STU),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);//创建一个结构体大小的共享映射区。共享映射区我们可以当做数组区看待。
    	if(p == MAP_FAILED)
    	{
    		perror("mmap");
    		exit(3);
    	}
    	close(fd); //关闭不用的文件描述符。
    	while(1)
    	{
    		memcpy(p,&student,sizeof(student));
    		student.age++;
    		sleep(1);
    	}
    	int ret = munmap(p,sizeof(student));
    	if(ret < 0)
    	{
    		perror("mmumap");
    		exit(4);
    	}
     
    	return 0;
    }

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<unistd.h>
    #include<fcntl.h>
    #include<sys/types.h>
    #include<sys/stat.h>
    #include<sys/mman.h>
     
    struct STU
    {
    	int age;
    	char name[20];
    	char sex;
    };
     
    int main(int argc,char *argv[]) //这个进程读
    {
    	if(argc != 2)
    	{
    		printf("./a,out  file");
    		exit(1);
    	}
     
     
    	int fd = open(argv[1],O_RDONLY,0644);
    	if(fd < 0)
    	{
    		perror("open");
    		exit(2);
    	}
    	
    	struct STU student;
     
    	struct STU *p = (struct STU*)mmap(NULL,sizeof(struct STU),PROT_READ,MAP_SHARED,fd,0);
    	if(p == MAP_FAILED)
    	{
    		perror("mmap");
    		exit(3);
    	}
    	close(fd);
    	int i = 0;
    	while(1)
    	{
    		
    		printf("id = %d\tname = %s\t%c\n",p->age,p->name,p->sex);	
    		sleep(2);
    	}
    	int ret = munmap(p,sizeof(student));
    	if(ret < 0)
    	{
    		perror("mmumap");
    		exit(4);
    	}
     
    	return 0;
    }

代码截图：

![SouthEast 2][]

![SouthEast 3][]

分析：因为只创建一个结构体大小的共享内存，后面写入的数据把前面写入的数据覆盖了。

## shm调用介绍:参见上一篇博客 ##

http://blog.csdn.net/hj605635529/article/details/67636526

shm图示例：

![SouthEast 4][]

（1）通过int shmget(key\_t key, size\_t size, int shmflg);在物理内存创建一个共享内存，返回共享内存的编号。   
（2）通过void \*shmat(int shmid, constvoid shmaddr,int shmflg);连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间  
（3）通过void \*shmdt(constvoid\* shmaddr);断开用户级页表到共享内存的那根箭头。   
（4）通过int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid\_ds\* buf);释放物理内存中的那块共享内存。

总结mmap和shm:   
1、mmap是在磁盘上建立一个文件，每个进程地址空间中开辟出一块空间进行映射。  
而对于shm而言，shm每个进程最终会映射到同一块物理内存。shm保存在物理内存，这样读写的速度要比磁盘要快，但是存储量不是特别大。  
2、相对于shm来说，mmap更加简单，调用更加方便，所以这也是大家都喜欢用的原因。  
3、另外mmap有一个好处是当机器重启，因为mmap把文件保存在磁盘上，这个文件还保存了操作系统同步的映像，所以mmap不会丢失，但是shmget就会丢失。

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版权声明：本文为CSDN博主「hj605635529」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。  
原文链接：https://blog.csdn.net/hj605635529/article/details/73163513

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[SouthEast 3]: /images/20221005/28002460f4b5444c923fa32f33808bb5.png
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