linux 进程通信之 mmap

一，管道pipe

二，fifo通信

三，mmap通信

创建内存映射区。

#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);

函数mmap：打开一个文件，指定一个文件的区域，作为一个区域，映射到内存中，以后就直接操作那个内存，就能够实现进程间的通信。因为是内存操作，所以速度最快。

• addr：固定null
• length：拿出文件中的多长的一段，映射到内存。
• offset：从文件内容中的哪个位置开始拿。
• prot
  • prot_exec pages may be executed
  • prot_read pages may be read.
  • prot_write pages may be written.
  • prot_none pages may not be accessed
• flags
  • map_shared：对内存里的值进行修改，会反映到文件，也就是文件也被修改。
  • map_private：对内存里的值进行修改，不会反映到文件，文件不会被修改。
• offset：起始位置
• 返回值
  • 成功：可用的内存的首地址
  • 失败：map_failed (that is, (void *) -1)

释放内存映射区。

#include <sys/mman.h>
int munmap(void *addr, size_t length);

• addr：mmap的返回值
• length：mmap创建的长度
• 返回值：成功0；失败-1.

例子：

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

int main(){
  int fd = open("mem", o_rdwr);
  //char* buf = mmap(null, 8, prot_read|prot_write, map_shared, fd, 0);
  char* buf = mmap(null, 8, prot_read|prot_write, map_private, fd, 0);
  printf("%s\n", buf);
  strcpy(buf, "fffff");
  //释放映射区
  munmap(buf, 8);
  close(fd);
}

mmap的七个问题：

• 如果更改上面例子里变量buf的地址，释放的时候munmap，还能成功吗？

  不能成功。错误信息：【invalid argument】

• 对映射区的操作，越界了会怎么样。

  • open文件size > 要写入的size > mmap参数的length：能够全部写入文件。
  • open文件size < 要写入的size > mmap参数的length：不能全部写入文件，能够写入的size是open文件的size

• 偏移量随便填个数字会怎么样。

  mmap函数出错，错误信息：【invalid argument】

  offset必须是4k的整数倍，【0，4*1024。。。】

  用【stat】命令查看文件，发现文件的size实际小于4096，但是【io block: 4096】

    file: pi2.c
    size: 442           blocks: 8          io block: 4096   regular file
  device: 801h/2049d    inode: 424247      links: 1
  access: (0664/-rw-rw-r--)  uid: ( 1000/      ys)   gid: ( 1000/      ys)
  access: 2019-05-02 12:54:13.812282158 +0800
  modify: 2019-04-29 13:49:42.489004001 +0800
  change: 2019-04-29 13:49:42.489004001 +0800

• 如果文件描述符先关闭，对mmap映射有没有影响。

  没有影响。

• open的时候，可以用新创建一个文件的方式，来创建映射区吗？

  错误：bus error (core dumped)。

  错误理由是：创建的文件的size为0，所以出上面的错误。新创建一个文件后，马上把文件大小扩展一下就不会发生错误了。

  int fd = open("mem", o_rdwr|o_creat, 0666);
  ftruncate(fd, 8);//把新创建的文件mem的大小扩展为8.

• open文件时，选择o_wronly，可以吗

  mmap函数出错，错误：【permission denied】。

  因为要把文件的内容读到内存，所以隐含一次读取操作，所以没有读的权限的话，就出这个错误。

• 当选择map_shared的时候，open文件选择o_rdonly，prot可以选择【prot_read|prot_write】吗

  mmap函数出错，错误：【permission denied】。

  map_shared的时候会去写文件，但是open的时候只有读权限，所以权限不够。

用mmap实现父子进程间通信的例子：

注意：参数flags必须是map_shared，因为2个进程间通信，需要互相读写，所以必须是map_shared

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

int main(){
  int fd = open("mem", o_rdwr);
  int* mem = mmap(null, 4, prot_read | prot_write, map_shared, fd, 0);
  if(mem == map_failed){
    perror("mmap");
    return -1;
  }
  pid_t pid = fork();

  if(pid == 0){
    *mem = 100;
    printf("child:mem=%d\n", *mem);
    sleep(3);
    printf("child:mem=%d\n", *mem);
  }
  else if(pid > 0){
    sleep(1);
    printf("parent:mem=%d\n", *mem);
    *mem = 200;
    printf("parent:mem=%d\n", *mem);
    wait(null);
  }

  munmap(mem, 4);
  close(fd);
}

执行结果：

child:mem=100
parent:mem=100
parent:mem=200
child:mem=200

不知道读者同学们发现了没有，用mmap有个非常鸡肋的地方，就是必须要使用一个文件，其实这个文件对程序没有什么作业。所以linux给我们提供了一个方法，叫做【匿名映射】。

匿名映射：在调用mmap函数时候，在flags参数那里，设置【map_anon】，并在fd参数那里设置【-1】。

int* mem = mmap(null, 4, prot_read | prot_write, map_shared|map_anon, -1, 0);

有个问题，在有些unix系统里是没有【map_anon】【map_anonymous】这2个宏的，这2个宏的作用是一样的，其中一个是简写。那怎么办呢？

使用下面2个文件去映射，因为要用文件，所以必须还得有open的调用，但好处是不用事先做出一个大小合适的文件了。

• /dev/zero：可以随意映射，size无限大，诨名叫【聚宝盆】
• /dev/null：可以随意映射，size无限大，但映射完后，文件里不会存有任何内容，所以也被叫成【无底洞】，一般错误日志太多，而且不想保留的时候，会重定向到这个文件。

匿名映射的弱点：不能实现无学员关系进程间的通信。

用mmap实现无血缘关系的进程间通信的例子：

写入端：

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

typedef struct _student{
  int id;
  char name[20];
}student;

int main(int argc, char* argv[]){

  int fd = open("aaa", o_rdwr|o_trunc|o_creat, 0666);
  int length = sizeof(student);
  ftruncate(fd, length);
  student* std = mmap(null, length, prot_read | prot_write, map_shared, fd, 0);
  
  if(std == map_failed){
    perror("mmap");
    return -1;
  }

  int num = 0;
  while(1){
    std->id = num;
    sprintf(std->name, "xiaoming-%03d", num++);
    sleep(1);
  }

  munmap(std, length);
  close(fd);
}

读入端：

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

typedef struct _student{
  int id;
  char name[20];
}student;

int main(int argc, char* argv[]){

  int fd = open("aaa", o_rdwr);
  int length = sizeof(student);
  student* std = mmap(null, length, prot_read | prot_write, map_shared, fd, 0);


  if(std == map_failed){
    perror("mmap");
    return -1;
  }
  
  while(1){
    printf("id:%03d, name:%s\n", std->id, std->name);
    sleep(1);
  }
  

  munmap(std, length);
  close(fd);
}

利用mmap实现用多个进程拷贝一个文件的例子(代码还没写完)

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

//argv[1]:process count
//argv[2]:src file
int main(int argc, char* argv[]){
  if(argc < 3){
    printf("bad argv,need 3 arg");
    return -1;
  }

  struct stat sbuf;
  int ret = stat(argv[2], &sbuf);
  if(ret < 0){
    perror("stat");
    return -1;
  }

  off_t sz = sbuf.st_size;

  off_t yu = sz % atoi(argv[1]);  
  off_t prosz = (sz - yu) / atoi(argv[1]);
  printf("prosz:%ld, yu:%ld\n", prosz, yu);

  //open src file
  int srcfd = open(argv[2], o_rdonly);

  //create target file
  char wk[20] = {0};
  sprintf(wk, "%s.copy", argv[2]);
  int decfd = open(wk,o_rdwr|o_creat|o_trunc, 0666);
  ret = ftruncate(decfd, sz);
  if(ret < 0){
    perror("ftruncate");
    return -1;
  }

  void* vc[atoi(argv[1])];
  for(int i = 0; i < atoi(argv[1]); ++i){
    vc[i] = mmap(null, prosz, prot_read|prot_write, map_shared, decfd, 0);
    if(vc[i] == map_failed){
      perror("mmap die:");
      return -1;
    }
  }

  close(srcfd);
  close(decfd);
}