映射虚拟内存mmap/munmap

mmap(分配)/unmap(释放)

功能描述： 
mmap将一个文件或者其它对象映射进内存。文件被映射到多个页上，如果文件的大小不是所有页的大小之和，最后一个页不被使用的空间将会清零。munmap执行相反的操作，删除特定地址区域的对象映射。 
基
于文件的映射，在mmap和munmap执行过程的任何时刻，被映射文件的st_atime可能被更新。如果st_atime字段在前述的情况下没有得到
更新，首次对映射区的第一个页索引时会更新该字段的值。用PROT_WRITE 和 MAP_SHARED标志建立起来的文件映射，其st_ctime
和 st_mtime
在对映射区写入之后，但在msync()通过MS_SYNC 和 MS_ASYNC两个标志调用之前会被更新。
1.函数说明
void *mmap(
void *start,//指定映射的虚拟地址 0由系统指定开始位置）
size_t length,//映射空间大小 pagesize倍数
int prot,//映射权限 PROT_NONE | PROT_READ PROT_WRITE PROT_EXEC
int flags,//映射方式
int fd,//文件描述符号
offset_t off);//文件中的映射开始位置(必须是pagesize的倍数)
参数：   
start：映射区的开始地址。
length：映射区的长度。
prot：期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值，可以通过or运算合理地组合在一起
PROT_EXEC //页内容可以被执行
PROT_READ  //页内容可以被读取
PROT_WRITE //页可以被写入
PROT_NONE  //页不可访问
flags：指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体
MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。
MAP_SHARED //与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。
MAP_PRIVATE //建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个。
MAP_DENYWRITE //这个标志被忽略。
MAP_EXECUTABLE //同上
MAP_NORESERVE //不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。
MAP_LOCKED //锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。
MAP_GROWSDOWN //用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。
MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射区不与任何文件关联。
MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。
MAP_FILE //兼容标志，被忽略。
MAP_32BIT //将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。
MAP_POPULATE //为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。
MAP_NONBLOCK //仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。
fd：有效的文件描述词。如果MAP_ANONYMOUS被设定，为了兼容问题，其值应为-1。
offset：被映射对象内容的起点。
  
    
返回说明：   
成功执行时，mmap()返回被映射区的指针，munmap()返回0。失败时，mmap()返回MAP_FAILED[其值为(void *)-1]，munmap返回-1。errno被设为以下的某个值   
EACCES：访问出错
EAGAIN：文件已被锁定，或者太多的内存已被锁定
EBADF：fd不是有效的文件描述词
EINVAL：一个或者多个参数无效
ENFILE：已达到系统对打开文件的限制
ENODEV：指定文件所在的文件系统不支持内存映射
ENOMEM：内存不足，或者进程已超出最大内存映射数量
EPERM：权能不足，操作不允许
ETXTBSY：已写的方式打开文件，同时指定MAP_DENYWRITE标志
SIGSEGV：试着向只读区写入
SIGBUS：试着访问不属于进程的内存区
映射方式：
内存映射：匿名映射。
文件映射：映射到某个文件
只有文件映射最后两个参数有效。

MAP_ANONYMOUS
MAP_SHARED MAP_PRIVATE(二选一)

2.案例 map.c  匿名映射  虚拟地址映射到内存。

#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
main()
{
    int *p=mmap(
        NULL,
        getpagesize(),
        PROT_READ,
        MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED,     //匿名方式，不与任何文件关联
        0,0);
    *p=20;
    *(p+1)=30;
    *(p+2)=40;
    
    printf("%d\n",p[2]);
    munmap(p,4096);
}

 

案例： 虚拟地址可以映射到文件：可以用内存方式访问文件.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
struct stu
{
    char name[20];
    int  age;
    float score;
};
main()
{
    int fd;
    struct stu *s;//文件在虚拟内存的映射首地址
    struct stat st;
    int size;//文件大小
    int count;//记录条数
    int i;
    //1.打开文件
    fd=open("newstu.dat",O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL,0666);
    if(fd==-1)
    {
        fd=open("newstu.dat",O_RDWR);
        if(fd==-1) printf("::%m\n"),exit(-1);
    }
    //2.得到文件大小，文件记录条数
    fstat(fd,&st);
    size=st.st_size;
    count=size/sizeof(struct stu);
    //3.文件大小改变只要在munmap之前调用都有效    
    //ftruncate(fd,size+sizeof(struct stu));
    //4.映射到一个虚拟的地址
    s=mmap(0,size+sizeof(struct stu),             
                PROT_READ|PROT_WRITE,
                MAP_SHARED,fd,0);         //与文件关联
    //5.把数据写入虚拟地址
    
    printf("输入姓名:");
    scanf("%s",s[count].name);
    printf("输入年龄:");
    scanf("%d",&(s[count].age));
    printf("输入成绩:");
    scanf("%f",&(s[count].score));
    ftruncate(fd,size+sizeof(struct stu));  //改变文件大小
    
    for(i=0;i<count;i++)
    {
        printf("%s,\t,%d,\t%.2f\n",
            s[i].name,s[i].age,s[i].score);
    }    
    //6.卸载虚拟地址
    munmap(s,sizeof(struct stu)+size);
    //7.关闭文件
    close(fd);
}

 

3.总结
选择什么样的内存管理方法？
智能指针（指针池）
STL
new
malloc (小而多数据)
brk/sbrk (同类型的大块数据,动态移动指针)
mmap/munmap(控制内存访问/使用文件映射/控制内存共享)

 

注意：

linux/unix 下，或者说posix 的munmap，很简单，只有两个参数:

int munmap(void *start, size_t length);

其中 length 必须是 mmap 时的 length，如果小于当初 mmap 时的那个 length，并且正好少的部分跨越了一个page，那就麻烦了，我就犯了这个错误，非常严重的后果！内存泄漏，不是泄露了刚好少 unmap 的那个 page，而是整个 [start, length) 区域都不会成功被 unmap，也许内存中的更改已经写入文件，但是虚拟内存空间[start,length)未被释放！如此多次，会造成 ENOMEM！

 

栗子2：

文件映射：

虚拟地址可以映射到文件：可以用内存方式访问文件.
mmap/munmap
案例：
1.使用内存方式写入数据 栗子;map_write.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
struct stu
{
    char name[20];
    int  age;
    float score;
};
main()
{
    int fd;
    struct stu *s;//文件在虚拟内存的映射首地址
    struct stat st;
    int size;//文件大小
    int count;//记录条数
    int i;
    //1.打开文件
    fd=open("newstu.dat",O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL,0666);
    if(fd==-1)
    {
        fd=open("newstu.dat",O_RDWR);
        if(fd==-1) printf("::%m\n"),exit(-1);
    }
    //2.得到文件大小，文件记录条数
    fstat(fd,&st);
    size=st.st_size;
    count=size/sizeof(struct stu);
    //3.文件大小改变只要在munmap之前调用都有效    
    //ftruncate(fd,size+sizeof(struct stu));
    //4.映射到一个虚拟的地址
    s=mmap(0,size+sizeof(struct stu),
                PROT_READ|PROT_WRITE,
                MAP_SHARED,fd,0);
    //5.把数据写入虚拟地址
    /*
    printf("输入姓名:");
    scanf("%s",s[count].name);
    printf("输入年龄:");
    scanf("%d",&(s[count].age));
    printf("输入成绩:");
    scanf("%f",&(s[count].score));
    ftruncate(fd,size+sizeof(struct stu));
    */
    for(i=0;i<count;i++)
    {
        printf("%s,\t,%d,\t%.2f\n",
            s[i].name,s[i].age,s[i].score);
    }    
    //6.卸载虚拟地址
    munmap(s,sizeof(struct stu)+size);
    //7.关闭文件
    close(fd);
}