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共享内存mmap学习 及与 shmxxx操作的区别

上一篇学习了共享内存: http://www.cnblogs.com/charlesblc/p/6142139.html

 

根据这个 http://blog.chinaunix.net/uid-26335251-id-3493125.html

再来一篇:

 1. 共享内存允许两个或多个进程共享一给定的存储区,因为数据不需要来回复制,所以是最快的一种进程间通信机制。共享内存可以通过mmap()映射普通文件(特殊情况下还可以采用匿名映射)机制实现,也可以通过系统V共享内存机制实现。

应用接口和原理很简单,内部机制复杂。为了实现更安全通信,往往还与信号灯等同步机制共同使用。

 

mmap的机制如:就是在磁盘上建立一个文件,每个进程存储器里面,单独开辟一个空间来进行映射。如果多进程的话,那么不会对实际的物理存储器(主存)消耗太大。

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shm的机制:每个进程的共享内存都直接映射到实际内存里面。

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结论:

1、mmap保存到实际硬盘,实际存储并没有反映到主存上。优点:储存量可以很大(多于主存);缺点:进程间读取和写入速度要比主存的要慢。

2、shm保存到物理存储器(主存),实际的储存量直接反映到主存上。优点,进程间访问速度(读写)比磁盘要快;缺点,储存量不能非常大(多于主存)

使用上看:如果分配的存储量不大,那么使用shm;如果存储量大,那么使用shm。

 

mmap就是一个文件操作。

mmap函数是unix/linux下的系统调用,来看《Unix Netword programming》卷二12.2节有详细介绍。

mmap系统调用并不是完全为了用于共享内存而设计的。它本身提供了不同于一般对普通文件的访问方式,进程可以像读写内存一样对普通文件的操作。而Posix或系统V的共享内存IPC则纯粹用于共享目的,当然mmap()实现共享内存也是其主要应用之一。
          mmap系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。普通文件被映射到进程地址空间后,进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问,不必再 调用read(),write()等操作。mmap并不分配空间, 只是将文件映射到调用进程的地址空间里, 然后你就可以用memcpy等操作写文件, 而不用write()了.写完后用msync()同步一下, 你所写的内容就保存到文件里了. 不过这种方式没办法增加文件的长度, 因为要映射的长度在调用mmap()的时候就决定了.

简单说就是把一个文件的内容在内存里面做一个映像,内存比磁盘快些。
基本上它是把一个档案对应到你的virtual memory 中的一段,并传回一个指针。

 

系统调用mmap()用于共享内存的两种方式: 
(1)使用普通文件提供的内存映射:适用于任何进程之间;此时,需要打开或创建一个文件,然后再调用mmap();典型调用代码如下: 
fd=open(name, flag, mode); 
if(fd<0) 
... 
ptr=mmap(NULL, len , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED , fd , 0); 通过mmap()实现共享内存的通信方式有许多特点和要注意的地方,我们将在范例中进行具体说明。 
(2)使用特殊文件提供匿名内存映射:适用于具有亲缘关系的进程之间;由于父子进程特殊的亲缘关系,在父进程中先调用mmap(),然后调用fork()。那么在调用fork()之后,子进程继承父进程匿名映射后的地址空间,同样也继承mmap()返回的地址,这样,父子进程就可以通过映射区域进行通信了。注意,这里不是一般的继承关系。一般来说,子进程单独维护从父进程继承下来的一些变量。而mmap()返回的地址,却由父子进程共同维护。

 

1、mmap()系统调用形式如下:

void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset ) 
参数fd为即将映射到进程空间的文件描述字,一般由open()返回,同时,fd可以指定为-1,此时须指定flags参数中的MAP_ANON,表明进行的是匿名映射(不涉及具体的文件名,避免了文件的创建及打开,很显然只能用于具有亲缘关系的进程间通信)。len是映射到调用进程地址空间的字节数,它从被映射文件开头offset个字节开始算起。prot 参数指定共享内存的访问权限。可取如下几个值的或:PROT_READ(可读) , PROT_WRITE (可写), PROT_EXEC (可执行), PROT_NONE(不可访问)。flags由以下几个常值指定:MAP_SHARED , MAP_PRIVATE , MAP_FIXED,其中,MAP_SHARED , MAP_PRIVATE必选其一,而MAP_FIXED则不推荐使用。offset参数一般设为0,表示从文件头开始映射。参数addr指定文件应被映射到进程空间的起始地址,一般被指定一个空指针,此时选择起始地址的任务留给内核来完成。函数的返回值为最后文件映射到进程空间的地址,进程可直接操作起始地址为该值的有效地址。这里不再详细介绍mmap()的参数,读者可参考mmap()手册页获得进一步的信息。

 

三、mmap()范例

下面将给出使用mmap()的两个范例:范例1给出两个进程通过映射普通文件实现共享内存通信;范例2给出父子进程通过匿名映射实现共享内存。系统调用mmap()有许多有趣的地方,下面是通过mmap()映射普通文件实现进程间的通信的范例,我们通过该范例来说明mmap()实现共享内存的特点及注意事项。

范例1:两个进程通过映射普通文件实现共享内存通信

/*-------------map_normalfile1.c-----------*/
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
typedef struct{
    char name[4];
    int  age;
}people;
main(int argc, char** argv) // map a normal file as shared mem:
{
    int fd,i;
    people *p_map;
    char temp;
    
    fd=open(argv[1],O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,00777);
    lseek(fd,sizeof(people)*5-1,SEEK_SET);
    write(fd,"",1);
    
    p_map = (people*) mmap( NULL,sizeof(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0 );
    close( fd );
    temp = a;
    for(i=0; i<10; i++)
    {
        temp += 1;
        memcpy( ( *(p_map+i) ).name, &temp,2 );
        ( *(p_map+i) ).age = 20+i;
    }
    printf(" initialize over \n ");
    sleep(10);
    munmap( p_map, sizeof(people)*10 );
    printf( "umap ok \n" );
}
/*-------------map_normalfile2.c-----------*/
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
typedef struct{
    char name[4];
    int  age;
}people;
main(int argc, char** argv)    // map a normal file as shared mem:
{
    int fd,i;
    people *p_map;
    fd=open( argv[1],O_CREAT|O_RDWR,00777 );
    p_map = (people*)mmap(NULL,sizeof(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
    for(i = 0;i<10;i++)
    {
    printf( "name: %s age %d;\n",(*(p_map+i)).name, (*(p_map+i)).age );
    }
    munmap( p_map,sizeof(people)*10 );
}

 

范例2:父子进程通过匿名映射实现共享内存

#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
typedef struct{
    char name[4];
    int  age;
}people;
main(int argc, char** argv)
{
    int i;
    people *p_map;
    char temp;
    p_map=(people*)mmap(NULL,sizeof(people)*10,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0);
    if(fork() == 0)
    {
        sleep(2);
        for(i = 0;i<5;i++)
            printf("child read: the %d people‘s age is %d\n",i+1,(*(p_map+i)).age);
        (*p_map).age = 100;
        munmap(p_map,sizeof(people)*10); //实际上,进程终止时,会自动解除映射。
        exit();
    }
    temp = a;
    for(i = 0;i<5;i++)
    {
        temp += 1;
        memcpy((*(p_map+i)).name, &temp,2);
        (*(p_map+i)).age=20+i;
    }
    sleep(5);
    printf( "parent read: the first people,s age is %d\n",(*p_map).age );
    printf("umap\n");
    munmap( p_map,sizeof(people)*10 );
    printf( "umap ok\n" );
}

 

 

 

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