APUE_存储映射

蔚落 2022-11-07 05:24 142阅读 0赞

### 1.引言    ###

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。于是当在缓冲区中存取数据，就相当于读写文件中的相应字节。这样就可以在不使用read和write的情况下执行I/O。

### 2.mmap函数 ###

首先，需要告诉内核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。

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

addr参数指定映射存储区的起始地址。通常将其设置为0，表示**由系统选择映射区的起始地址（有利于可移植性）**。mmap的返回地址是该映射区的起始地址。

filedes指定要被映射文件的描述符。在映射该文件到一个地址空间之前，先要打开该文件。

len是映射的字节数。

off是要映射字节在文件中的起始（SEEK\_SET）偏移量。

prot参数说明对映射区域的保护要求，可以是PROT\_READ(映射区可读)、PROT\_WRITE(映射区可写)、PROT\_EXEC(映射区可执行)或PROT\_NONE(映射区不可访问)。注意：对指定映射存储区的保护要求不能超过文件open模式访问权限。

flag参数影响映射存储区的多种属性，取值可以是：1）MAP\_FIXED，表示返回值必须等于addr，这不利于可移植性。如果未设置MAP\_FIXED，且addr不为0，那么内核只是将addr作为映射地址的一种建议，并不保证实际映射地址就是addr；2）MAP\_SHARED，指示存储操作修改映射文件。也就是说直接对原文件进行操作，必须指定该标志或下一个标志中的一个；3）MAP\_PRIVATE，说明对映射区的存储操作导致创建该映射文件的一个私有副本。

![SouthEast][]

此外，需要记住以下几点：

off和addr的值（如果指定了MAP\_FIXED）通常应当是系统虚存页长度的倍数。虚存页长度可用带参数\_SC\_PAGESIZE或\_SC\_PAGE\_SIZE的sysconf函数得到。因为off和addr常常指定为0，所以这种要求通常并不重要。

因为映射文件的起始偏移量受系统虚存页长度的限制，那么如果映射区的长度不是页长的整数倍时，将如何呢？假定文件长队为12，系统页长度为512字节，则系统通常提供512字节的映射区，其中后500字节被设置为0。可以修改这500字节，但是任何变动不会在文件中反映出来。所以，不能用mapp将数据添加到文件中。为了做到这一点，必须首先加长该文件。

由于子进程复制父进程的地址空间，而存储映射区是该地址空间的一部分，因此，在调用fork之后，子进程继承存储映射区。由于同样的理由，调用exec后的新程序则不继承此存储映射区。

### 3.其他接口 ###

调用mprotect可以更改一个现存映射存储区的权限。prot的许可值与mmap中prot参数一样，地址参数addr的值必须是系统页长的整数倍。

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

如果在共享存储映射区中的页已经修改，那么可以调用msync将该页冲洗到被映射的文件中，其作用类似于fsync。如果映射是私有的，那么不修改被映射的文件。addr同样必须与页边界对齐。flags参数一定要指定MS\_ASYNC和MS\_SYNC中的一个。如果希望在函数返回之前等待写操作完成，则可指定MS\_SYNC标志。MS\_INVALIDATE是一个可选标志，使用它可以通知操作系统丢弃与底层存储器没有同步的任何页。

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

进程终止时，或调用了munmap后，存储映射区就被自动解除映射。关闭文件描述符filedes并不解除映射区。调用munmap不会使映射区的内容写到磁盘文件上。对于MAP\_SHARED区磁盘文件的更新，在写到存储映射区时按内核虚存算法自动进行。在解除了映射后，对于MAP\_PRIVATE存储区的修改被丢弃。

#include <sys/mman.h>
    int munmap(caddr_t addr, size_t len);
    		//返回值：成功返回0，错误返回-1

### 4.范例 ###

//存储映射复制一个文件（类似于cp(1)命令）
    #include <unistd.h>
    #include <sys/mman.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <sys/stat.h>//为了取得文件信息，主要需要文件长度，才能知道映射多长
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    int main(int argc, int **argv)
    {
    	int fdin,fdout;
    	void *src,*dst;
    	struct stat statbuf;
    	fdin=open(argv[1],O_RDONLY);
    	fdout=open(argv[2],O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0x777);
    	fstat(fdin,&statbuf);
    	lseek(fdout,statbuf.st_size-1,SEEK_SET);//mmap并不加长文件，需要自行加长文件
    	write(fdout,"",1);//在这里写一下文件就加长了。好比创建了一个有空洞的文件
    	src=mmap(0,statbuf.st_size,PROT_READ,MAP_SHARED,fdin,0);
    	dst=mmap(0,statbuf.st_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fdout,0);
    	printf("source address: %lxndestination address: %lxn",(long unsigned int)src,(long unsigned int)dst);
    	memcpy(dst,src,statbuf.st_size);
    	munmap(src,statbuf.st_size); //解除映射
    	munmap(dst,statbuf.st_size);
    	return 0;
    }

[SouthEast]: /images/20221023/98383d55cc424ab7babe63ea0f687f9d.png