進程通信方式---共享映射區（無血緣關系用的）

5.共享映射區（無血緣關系用的）

文章目錄

- 5.共享映射區（無血緣關系用的）
- - 1.概述
  - 2.mmap&&munmap函數
  - 3.mmap注意事項
  - 4.mmap實現進程通信
  - - 父子進程
    - - 練習
    - 無血緣關系
  - 5.mmap匿名映射區

1.概述

原理：共享映射區是將文件內容映射到進程的地址空間中，使得多個進程可以通過訪問這個共享的內存區域來實現通信。進程對映射區域的操作就如同對文件進行操作一樣，這些操作會直接反映在文件和其他共享該映射區域的進程中。
示例場景：多個進程需要共同操作一個配置文件，通過將該配置文件映射到共享映射區，進程可以直接在內存中讀取和修改配置信息，而不需要頻繁地進行文件 I/O 操作。
優點：結合了內存操作的高效性和文件存儲的持久性；可以方便地在不相關的進程之間實現通信，只要它們能訪問到同一個文件。
缺點：對文件的操作需要注意同步問題，否則可能導致數據不一致；文件大小可能會限制共享映射區的大小。

**存儲映射I/O(Memory-mapped l/O)使一個磁盤文件與內存存儲空間中的一個緩沖區相映射。**于是當從緩沖區中取數據,就相當于讀文件中的相應字節。于此類似,將數據存入緩沖區,則相應的字節就自動寫入文件。這樣,就可在不適用read和write函數的情況下,使用地址(指針)完成I/O操作。

使用這種方法,首先應通知內核,將一個指定文件映射到存儲區域中。這個映射工作可以通過mmap函數來實
現。

2.mmap&&munmap函數

創建共享內存映射

include<sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

參數：

addr：指定映射區的首地址。通常傳NULL，表示讓系統自動分配
length：共享內存映射區的大小。（<= 文件的實際大小）
prot：共享內存映射區的讀寫屬性。PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE
flags：標注共享內存的共享屬性，共享就是對文件的修改會寫回磁盤，私有就不會寫回磁盤。MAP_SHARED、MAP_PRIVATE
fd: 用于創建共享內存映射區的那個文件的文件描述符，就是要映射到內存的文件
offset：默認0，表示映射文件全部。偏移位置，從哪里開始映射。需是 4k 的整數倍

返回值：

成功：映射區的首地址

失敗：MAP_FAILED (void*(-1))， errno----就是把-1強轉為void *了

釋放共享內存映射

int munmap(void *addr, size_t length);

參數

addr：mmap 的返回值，共享內存映射首地址

length：大小

返回值

成功0，失敗-1

函數使用

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>void sys_err(const char *str)
{perror(str);exit(1);
}int main(int argc, char *argv[])
{char *p = NULL;int fd;fd = open("testmap", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, 0644);     // 創建文件用于創建映射區if (fd == -1)sys_err("open error");
/*lseek(fd, 10, SEEK_END);            // 兩個函數等價于 ftruncate()函數write(fd, "\0", 1);
*/ftruncate(fd, 20);                  // 需要借助寫權限,才能夠對文件進行拓展int len = lseek(fd, 0, SEEK_END);p = mmap(NULL, len, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);if (p == MAP_FAILED) {sys_err("mmap error");}// 使用 p 對文件進行讀寫操作.strcpy(p, "hello mmap");            // 寫操作printf("----%s\n", p);              // 讀操作int ret = munmap(p, len);           // 釋放映射區if (ret == -1) {sys_err("munmap error");}return 0;
}

3.mmap注意事項

思考 :

可以open的時候O_CREAT一個新文件來創建映射區嗎 ?
如果open時O_RDONLY,mmap時PROT參數指定PROT_READ|PROT_WRITE會怎樣 ?
文件描述符先關閉,對mmap映射有沒有影響 ?
如果文件偏移量為1000會怎樣 ?
對mem越界操作會怎樣?
如果mem++,munmap可否成功 ?
mmap什么情況下會調用失敗 ?

很多參數都會導致失敗
如果不檢測mmap的返回值,會怎樣?

會死得很慘

使用注意事項：

用于創建映射區的文件大小為 0，卻指定非0大小創建映射區，出 “總線錯誤”。
用于創建映射區的文件大小為 0，也指定0大小創建映射區，出 “無效參數”。
用于創建映射區的文件讀寫屬性為，只讀，映射區屬性為讀、寫。出 “無效參數”；文件和映射區都是只讀的是可以的；文件只有寫權限，映射區只有寫權限也會報錯。（2答案）
創建映射區，需要read權限。當訪問權限指定為 “共享”MAP_SHARED是， mmap的讀寫權限應該 <=文件的open權限。映射區只寫不行。
文件描述符fd，在mmap創建映射區完成即可關閉。后續訪問文件，用地址訪問。（3答案）
offset 必須是 4096的整數倍。（MMU 映射的最小單位 4k ）（4答案）
對申請的映射區內存，不能越界訪問。（5答案）
讀寫都沒問題，但是munmap會失敗，munmap用于釋放的地址，必須是mmap申請返回的地址。（6答案）
映射區訪問權限為 “私有”MAP_PRIVATE, 對內存所做的所有修改，只在內存有效，不會反應到物理磁盤上。
映射區訪問權限為 “私有”MAP_PRIVATE, 只需要open文件時，文件有讀權限，用于創建映射區即可。

mmap函數的保險調用方式：

1. fd = open（"文件名"， O_RDWR）;
2. mmap(NULL, 有效文件大小， PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);

4.mmap實現進程通信

父子進程

父子等有血緣關系的進程之間也可以通過mmap建立的映射區來完成數據通信。

但相應的要在創建映射區的時候指定對應的標志位參數flags:

MAP_PRIVATE:(私有映射)父子進程各自獨占映射區;

MAP_SHARED:(共享映射) 父子進程共享映射區;

結論：

父子進程共享:1. 打開的文件 2.mmap建立的映射區(但必須要使用MAP_SHARED)

流程：

父子進程使用 mmap 進程間通信：

1.父進程先創建映射區。 open（ O_RDWR） mmap( MAP_SHARED );

2.指定 MAP_SHARED 權限

3.fork() 創建子進程。

4.一個進程讀，另外一個進程寫。

練習

練習:父進程創建映射區,然后fork子進程,子進程修改映射區內容,而后,父進程讀取映射區內容,查驗是
否共享

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/wait.h>int var = 100;int main(void)
{int *p;pid_t pid;int fd = open("temp", O_RDWR);//p = (int *)mmap(NULL, 40, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);p = (int *)mmap(NULL, 490, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);//p = (int *)mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, fd, 0); 私有的不行if(p == MAP_FAILED){		//注意:不是p == NULLperror("mmap error");exit(1);}close(fd);pid = fork();				//創建子進程if(pid == 0){*p = 7000;               // 寫共享內存var = 1000;printf("child, *p = %d, var = %d\n", *p, var);} else {sleep(1);printf("parent, *p = %d, var = %d\n", *p, var);     // 讀共享內存wait(NULL);int ret = munmap(p, 4);				//釋放映射區if (ret == -1) {perror("munmap error");exit(1);}}return 0;
}

無血緣關系

流程： 【要求會寫】

1.兩個進程打開同一個文件，創建映射區。

2.指定flags 為 MAP_SHARED。

3.一個進程寫入，另外一個進程讀出。

【注意】：無血緣關系進程間通信。

? mmap：數據可以重復讀取。

? fifo：數據只能一次讀取。

讀端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>struct student {int id;char name[256];int age;
};void sys_err(const char *str)
{perror(str);exit(1);
}int main(int argc, char *argv[])
{struct student stu;struct student *p;int fd; fd = open("test_map", O_RDONLY);if (fd == -1)sys_err("open error");p = mmap(NULL, sizeof(stu), PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);if (p == MAP_FAILED)sys_err("mmap error");close(fd);while (1) {printf("id= %d, name=%s, age=%d\n", p->id, p->name, p->age);usleep(10000);}munmap(p, sizeof(stu));return 0;
}

寫端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>struct student {int id;char name[256];int age;
};void sys_err(const char *str)
{perror(str);exit(1);
}int main(int argc, char *argv[])
{struct student stu = {1, "xiaoming", 18};struct student *p;int fd; //    fd = open("test_map", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, 0664);fd = open("test_map", O_RDWR);if (fd == -1)sys_err("open error");ftruncate(fd, sizeof(stu));p = mmap(NULL, sizeof(stu), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);if (p == MAP_FAILED)sys_err("mmap error");close(fd);while (1) {memcpy(p, &stu, sizeof(stu));stu.id++;sleep(2);}munmap(p, sizeof(stu));return 0;
}

5.mmap匿名映射區

匿名映射：只能用于血緣關系（父子）進程間通信。

p = (int *)mmap(NULL, 40, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);

映射區大小想要多少寫多少

權限想要啥寫啥

文件描述符的地方傳-1

flags要 | 下面提到的兩個宏

/dev/zero 從這個文件里面拿數據可以隨便拿，想要多大拿多大的數據，只不過讀出來都是文件空洞