内存映射

内存映射

内存映射是一种将文件或设备映射到进程的虚拟地址空间的技术。映射到内存后，允许程序直接对这部分内存进行读写操作，无需传统的IO调用，减少系统调用次数。

// addr：指定到内存的地址，若为NULL，则由内核分配地址
// length：设置映射的长度
// prot：设置映射内存的权限，PROT_EXEC可执行，PROT_READ可读，PROT_WRITE可写，PROT_NONE不可访问
// flags：设置映射是否进程共享，MAP_SHARED共享并忽略无效的flag，MAP_SHARED_VALIDATE共享且检查有效性，MAP_PRIVATE不共享
// fd：打开的文件句柄
// offset：需要映射文件的偏移量
// 返回：成功返回映射后内存的起始地址，失败返回MAP_FAILED((void*)-1)
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
// 关闭fd不会unmap，进程结束会自动unmap，也可手动调用munmap
// 返回：成功返回0，失败返回-1
int munmap(void *addr, size_t length);

简单实现一个文件映射的函数：

#include<sys/mman.h>
#include<fcntl.h>
void *map_file(const char *filepath, size_t size) {
    int fd = open(filepath, O_RDONLY);
    if(fd == -1) {
        return NULL;
    }
    void *file_pointer = mmap(NULL, size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(file_pointer == MAP_FAILED) {
        close(fd);
        return NULL;
    }
    close(fd);
    return file_pointer;
}

调用该函数，就可以直接通过返回的指针来访问文件内容，而不需要进行传统的文件读写操作。

匿名内存映射

• 参数fd=-1且flags=MAP_ANONYMOUS|MAP_PRIVATE，此时是私有匿名映射，这也是glibc库在分配大块内存（>128KB）时，会使用mmap替代brk来分配内存。
• 参数fd=-1且flags=MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED，此时是共享内存映射，让相关进程共享一块内存区域，实现进程间通信。

同步问题

在修改了处于内存映射到某个文件的内存区中某个位置的内容，内核将在稍后的某个时刻更新文件，一般是一个数据页写满或内存页面回收或进程结束时刷盘。
若希望手动确保磁盘文件内容与内存映射区中的内容一致，可调用：

// flags：MS_ASYNC异步写，MS_SYNC同步写，MS_INVALIDATE使高速缓存数据失效
int msync(void *addr, size_t len, int flags);