存储映射I/O
存储映射I/O(memory-mapped I/O)使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区相映射。于是当从缓冲区中获取数据,就相当于读文件中的相应字节。与此类似,将数据存入缓冲区,则相应的字节就自动写入文件。这样,就可在不适用read和write函数的情况下,使用地址(指针)完成I/O操作。
使用这种方法,首先应通知内核,将一个指定文件映射到储存区域中。这个映射工作可以通过mmap函数来实现。
void *mmap(void *addr,size_t length,int prot,int flags,int fd, off_t offset);
返回:成功:返回创建的映射区首地址;失败:MAP_FAILED宏
参数:
addr: 建立映射区的首地址,由linux内核指定。使用时,直接传递NULL
length:欲创建映射区的大小
prot:映射区权限PROT_READ,PROT_WRITE,PROT_READ|PROT_WRITE
flags:标志位参数(常用于设定更新物理区域,设置共享,创建匿名映射区)
MAP_SHARED:会将映射区所做的操作反映到物理设备(磁盘)上。
MAP_PRIVATE:映射区所做的修改不会反映到物理设备。
fd:用来建立映射区的文件描述符
offset:映射文件的偏移(4K的整数倍)
注意:
①第二个参数不能为零,因此不能open一个新文件而不用ftruncate函数拓展直接创建映射区。
②传入munmap函数的映射区地址只能是申请时获得的首地址。
③创建映射区的权限要小于等于打开文件的权限,映射区的创建过程中隐含着一次对文件的读操作。
④ offset必须是4K的整数倍,因为映射区是由MMU来映射的,而MMU的基础单位是4K。
⑤一旦mmap映射区创建成功,文件描述符将失去意义。
⑥mmap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。
父子等有血缘关系的进程之间也可以通过mmap建立的映射区来完成数据通信。但相应的要在创建映射区的时候指定对应的标志位参数flags:
MAP_PRIVATE:(私有映射)父子进程各自独占映射区;
MAP_SHARED:(共享映射)父子进程共享映射区;
结论:父子进程共享:1.打开的文件2.mmap建立的映射区(但是必须使用MAP_SHARED)
匿名映射
通过使用我们发现,使用映射区来完成文件读写操作十分方便,父子进程间通信也比较容易。但缺陷是,每次创建映射区一定要依赖一个文件才能实现。通常为了建立映射区要open一个temp文件,创建好了再unlink,close,比较麻烦。可以直接使用匿名映射来代替。其实Linux系统提供给我们创建匿名映射区的方法,无需依赖一个文件即可创建映射区。同样需要借助标志位参数flags来指定。
使用MAP_ANONYMOUS(或MAP_ANON),如:
int * p = mmap(NULL, 4, PROT_WRITE|PROT_READ,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0);
需要注意的是,MAP_ANONYMOUS和MAP_ANON这两个宏是linux操作系统特有的宏。在类Unix系统中如无该宏定义,可使用如下两步来完成匿名映射区的建立。
① fd = open("/dev/zero",O_RDWR);
②p = mmap(NULL,size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
mmap无血缘关系进程间通信
实质上mmap是内核借助文件帮我们创建了一个映射区,多个进程之间利用该映射区完成数据传递。由于内核空间多进程共享,因此无血缘关系的进程间也可以使用mmap来完成通信。只要设置相应的标志位参数flags即可。若想实现共享,应当使用MAP_SHARED。