原创LINUX系统编程水平有限，参考UNIX系统编程手册
LINUX 中的mmap浅析
一、mmap基本原理和分类
在LINUX中我们可以使用mmap用来在进程虚拟地址空间中分配创建一片虚拟内存地址映射
其可以是
1、文件映射
使用文件内容初始化内存
2、匿名映射
初始化全为0的内存空间(calloc也可以)
下面配图来自UNIX系统编程手册
而对于是否共享又分为
1、私有映射(MAP_PRIVATE)
多进程间数据共享，修改不反应到磁盘实际文件，
私有写时复制实现
2、共享映射(MAP_SHARED)
多进程间数据共享，修改反应到磁盘实际文件中。
那么总结起来有4种组合
1、私有文件映射
多个进程使用同样的物理内存页进行初始化，但是各个进程
对内存文件的修改不会共享，也不会反应到物理文件中，比如
我们LINUX .so动态库文件就采用这种方式映射到各个进程虚拟
地址空间中
2、私有匿名映射
mmap会创建一个新的映射，各个进程不共享，这种使用主要用于
分配内存(malloc分配大内存会调用mmap)。
3、共享文件映射
多个进程通过虚拟内存技术共享同样的物理内存空间，对内存文件
的修改会反应到实际物理文件中，他也是进程间通信(IPC)的一种机制
4、共享匿名映射
这种机制在进行fork的时候不会采用写时复制，父子进程完全共享
同样的物理内存页，这也就实现了父子进程通信(IPC).
下面也是UNIX系统编程手册截图
在/proc/PID/maps下我们可以找到一个当前进程使用mmap创建的映射比如：
379a000000-379a016000 r-xp 00000000 08:03 12320771 /lib64/libgcc_s-4.4.7-20120601.so.1
379a016000-379a215000 ---p 00016000 08:03 12320771 /lib64/libgcc_s-4.4.7-20120601.so.1
379a215000-379a216000 rw-p 00015000 08:03 12320771 /lib64/libgcc_s-4.4.7-20120601.so.1
379a400000-379a4e8000 r-xp 00000000 08:03 9700201 /usr/lib64/libstdc++.so.6.0.13
379a4e8000-379a6e8000 ---p 000e8000 08:03 9700201 /usr/lib64/libstdc++.so.6.0.13
379a6e8000-379a6ef000 r--p 000e8000 08:03 9700201 /usr/lib64/libstdc++.so.6.0.13
379a6ef000-379a6f1000 rw-p 000ef000 08:03 9700201 /usr/lib64/libstdc++.so.6.0.13
对于解释可以参考UNIX系统编程手册如下描述
二、mmap函数原型
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);
参数有点多
addr:映射放到哪里(虚拟地址)，一般传NULL，让内核自己决定
length：映射的大小(直接)，最小是系统页的整数倍(4K)
port:位图掩码
PROT_NONE 不能访问
PROT_READ 可读取
PROT_WRITE 可修改
PROT_EXEC 可执行
非法访问或报SIGSEGV段错误信号
flags:位图掩码
MAP_ANONYMOUS:创建一个匿名映射
MAP_PRIVATE:私有映射
MAP_SHARED:共享映射(注意并不能保证一定实际写入物理磁盘(MSYNC))
MAP_FIXED:addr必须是页对齐地址
其他标示不做解释
fd:映射文件的文件描述符
offset:从文件的哪个位置开始映射，必须是系统页的整数倍(4K)
返回值：
成功返回映射的虚拟内存地址的起始地址，失败返回MAP_FAILED
三、建立匿名映射
1、指针MAP_ANONYMOUS，并且fd指定为0
2、打开/dev/zero文件将文件描述符传递给mmap()
匿名映射会分配初始化全为0的虚拟内存空间
四、其他函数
int msync(void *addr, size_t length, int flags);
用于将kener buffer的数据同步到磁盘
int munmap(void *addr, size_t length);
用于解除映射
五、程序实例
下面我们通过mmap做私有匿名映射来完成一个小的线程间同步问题程序，用这片
内存区域来做线程间通信
点击(此处)折叠或打开
- #include<iostream>
- #include<sys/mman.h>
- #include<pthread.h>
- #include<string.h>
- #define uint unsigned int
- #define MMSIZE (uint)(1<<23)
- #define MSIZE (uint)(1<<20)
- #define MPRT (uint)(1<<16)
- using namespace std;
- class tc
- {
- private:
- uint a;
- public:
- tc():a(1)
- {
- ;
- }
- ~tc()
- {
- ;
- }
- void add()
- {
- a=a+1;
- }
- void set()
- {
- a=1;
- }
- void prt(int i)
- {
- if(!(i%(MPRT)))
- {
- cout<<":"<<a;
- }
- }
- };
- struct tt
- {
- tc* p1;
- pthread_mutex_t* p2;
- };
- void* test(void* arg)
- {
- int i = 0;
- tt* s = NULL;
- s = (tt*)arg;
- int maxloop = 50;
- while(maxloop--)
- {
- i = MSIZE;
- pthread_mutex_lock(s->p2);//MUTEX保护临界区
- cout<<"Thread:"<<pthread_self()<<" work now!!!\n";
- for(;i--;)
- {
- (s->p1+i)->prt(i);
- (s->p1+i)->add();
- }
- cout<<"\n";
- pthread_mutex_unlock(s->p2);//解锁
- }
- }
- int main(void)
- {
- pthread_t tid[3];
- pthread_mutex_t pmut;
- tt s1;
- tc* p = (tc*)mmap(NULL,MMSIZE,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_ANONYMOUS|MAP_PRIVATE,-1,0);//MMAP分配一个匿名私有虚拟内存用于线程间通信
- pthread_mutex_init(&pmut,NULL);
- s1.p1 = p;
- s1.p2 = &pmut;
- int i = MSIZE+1;
- for(;i--;)
- {
- (p+i)->set();//初始化所有的a=1
- }
- for(i=0;i<3;i++)
- {
- pthread_create(tid+i,NULL,test,(void*)&s1);//建立3个线程
- }
- for(i = 0;i<3;i++)
- {
- pthread_join( *(tid+i) , NULL);//堵塞回收线程
- }
- pthread_mutex_destroy(&pmut);
- munmap(p,MMSIZE);
- }
同时我们也观察到了线程由于失去CPU而放弃执行其他线程得到CPU继续执行，由于
我们使用MUTEX保护临界区这个数数还是正常进行。最后正常数到了150
Thread:140545405572864 work now!!!
:32:32:32:32:32:32:32:32:32:32:32:32:32:32:32:32
Thread:140545397180160 work now!!! (线程140545405572864 失去CPU线程140545397180160执行)
:33:33:33:33:33:33:33:33:33:33:33:33:33:33:33:33
..................
Thread:140545397180160 work now!!!
:58:58:58:58:58:58:58:58:58:58:58:58:58:58:58:58
Thread:140545405572864 work now!!!(线程140545405572864重新获得CPU)
:59:59:59:59:59:59:59:59:59:59:59:59:59:59:59:59
............
Thread:140545388787456 work now!!!
:150:150:150:150:150:150:150:150:150:150:150:150:150:150:150:150
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