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mmap函数的概念和使用方案

news 2025/7/5 19:31:04

mmap 是 Linux 中用于内存映射的系统调用，允许将文件或设备直接映射到进程的地址空间，从而实现高效的文件访问或进程间通信。以下是对其概念和使用方案的详细说明：

1. 核心概念

内存映射：将文件内容直接关联到进程的虚拟内存空间，使得文件操作如同内存读写，避免频繁的 read/write 系统调用。
优势：减少数据拷贝、支持随机访问、便于共享内存。
场景：大文件处理、进程间通信、高效I/O操作。

2. 函数原型

#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);

3. 参数详解

addr: 建议的映射起始地址，通常设为 NULL（由内核选择）。
length: 映射区域的长度。
prot: 内存保护模式（按位或组合）：
- PROT_READ（可读）
- PROT_WRITE（可写）
- PROT_EXEC（可执行）
- PROT_NONE（不可访问）
flags: 映射类型和属性（常用值）：
- MAP_SHARED：修改同步到文件，多进程共享。
- MAP_PRIVATE：写时复制，修改不写入文件。
- MAP_ANONYMOUS：匿名映射（不依赖文件，用于进程间共享内存）。
fd: 文件描述符（匿名映射时设为 -1）。
offset: 文件中的偏移量（通常为 0）。

4. 使用步骤

打开文件：获取文件描述符 fd。
获取文件信息：如通过 fstat 获取文件大小。
调用 mmap：创建内存映射，获得指向映射区域的指针。
操作内存：通过指针读写数据（如操作数组）。
解除映射：使用 munmap 释放内存。
关闭文件：关闭文件描述符。

5. 示例代码

#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    // 1. 打开文件
    int fd = open("example.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 2. 调整文件大小（确保足够大）
    ftruncate(fd, 4096);  // 扩展为 4KB

    // 3. 创建内存映射
    void *addr = mmap(NULL, 4096, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (addr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 4. 操作映射内存
    sprintf((char *)addr, "Hello from mmap!");
    printf("File content: %s\n", (char *)addr);

    // 5. 解除映射并清理
    if (munmap(addr, 4096) == -1) {
        perror("munmap");
    }
    close(fd);

    return 0;
}