記憶體對映

mmap()系統呼叫在呼叫進程的虛擬地址空間中提供對映，將檔案或裝置對映到記憶體中。 下面是兩種型別 -

檔案對映或檔案支援的對映 - 此對映將進程的虛擬記憶體區域對映到檔案。 這意味著讀取或寫入這些記憶體區域會導致檔案被讀取或寫入。這是預設的對映型別。

匿名對映 - 此對映對映進程的虛擬記憶體區域，不受任何檔案的支援。 內容被初始化為零。 這種對映類似於動態記憶體分配(malloc())，在某些malloc()實現中用於某些分配。

一個進程對映中的記憶體可以與其他進程中的對映共用。 這可以通過兩種方式完成 -

• 當兩個進程對映檔案的同一個區域時，它們共用相同的實體記憶體頁面。
• 如果建立了一個子進程，它將繼承父進程的對映，並且這些對映參照與父進程相同的實體記憶體頁面。 在子進程中的任何資料更改後，將為子進程建立不同的頁面。

當兩個或多個進程共用相同的頁面時，每個進程可以根據對映型別檢視其他進程所做的頁面內容更改。 對映型別可以是私有的也可以是共用的 -

• 私有對映(MAP_PRIVATE) - 對此對映的內容所做的修改對其他進程是不可見的，並且對映不會傳遞到底層檔案。
• 共用對映(MAP_SHARED) - 對此對映內容的修改對其他進程可見，並將對映傳送到底層檔案。

#include <sys/mman.h>

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

上述系統呼叫返回成功對映的起始地址，或者返回MAP_FAILED出錯。

虛擬地址addr可以是使用者指定的，也可以是核心生成的(將addr作為NULL傳遞)。 指示的欄位長度需要以位元組為單位的對映大小。 欄位prot表示記憶體保護值，例如PROT_NONE，PROT_READ，PROT_WRITE，PROT_EXEC分別表示不可存取，讀取，寫入或執行的區域。 該值可以是單個(PROT_NONE)，也可以是三個標誌中的任何一個(最後3個)。 欄位標誌指示對映型別或MAP_PRIVATE或MAP_SHARED。 欄位'fd'表示標識要對映的檔案的檔案描述符，欄位'offset'表示檔案的起始點，如果需要對映整個檔案，offset應該是零。

#include <sys/mman.h>

int munmap(void *addr, size_t length);

上述系統呼叫在成功時返回0，錯誤時返回-1。

系統呼叫munmap，執行已對映記憶體區域的對映。 欄位addr指示對映的起始地址，length指示要被對映的對映的大小(以位元組為單位)。 通常，對映和解對映將針對整個對映區域。 如果這必須有所不同，那麼它應該被縮小或分成兩部分。 如果addr沒有任何對映，這個呼叫將不起作用，呼叫返回0(成功)。

讓我們考慮一個例子 -

第1步 - 寫入檔案如下所示的字母數位字元 -

第2步 - 使用mmap()系統呼叫將檔案內容對映到記憶體中。 這將對映到記憶體後返回起始地址。

第3步 - 使用陣列表示法存取檔案內容(也可以使用指標表示法存取)，因為不會讀取昂貴的read()系統呼叫。 使用記憶體對映，避免在使用者空間，核心空間緩衝區和緩衝區快取之間進行多次複製。
第4步 - 重複讀取檔案內容，直到使用者輸入「-1」(表示存取結束)。
第5步 - 執行清理活動，即取消對映對映的記憶體區域(munmap())，關閉檔案並刪除檔案。

/* Filename: mmap_test.c */
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
void write_mmap_sample_data();

int main() {
   struct stat mmapstat;
   char *data;
   int minbyteindex;
   int maxbyteindex;
   int offset;
   int fd;
   int unmapstatus;
   write_mmap_sample_data();
   if (stat("MMAP_DATA.txt", &mmapstat) == -1) {
      perror("stat failure");
      return 1;
   }

   if ((fd = open("MMAP_DATA.txt", O_RDONLY)) == -1) {
      perror("open failure");
      return 1;
   }
   data = mmap((caddr_t)0, mmapstat.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);

   if (data == (caddr_t)(-1)) {
      perror("mmap failure");
      return 1;
   }
   minbyteindex = 0;
   maxbyteindex = mmapstat.st_size - 1;

   do {
      printf("Enter -1 to quit or ");
      printf("enter a number between %d and %d: ", minbyteindex, maxbyteindex);
      scanf("%d",&offset);
      if ( (offset >= 0) && (offset <= maxbyteindex) )
      printf("Received char at %d is %c\n", offset, data[offset]);
      else if (offset != -1)
      printf("Received invalid index %d\n", offset);
   } while (offset != -1);
   unmapstatus = munmap(data, mmapstat.st_size);

   if (unmapstatus == -1) {
      perror("munmap failure");
      return 1;
   }
   close(fd);
   system("rm -f MMAP_DATA.txt");
   return 0;
}

void write_mmap_sample_data() {
   int fd;
   char ch;
   struct stat textfilestat;
   fd = open("MMAP_DATA.txt", O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY, 0666);
   if (fd == -1) {
      perror("File open error ");
      return;
   }
   // Write A to Z
   ch = 'A';

   while (ch <= 'Z') {
      write(fd, &ch, sizeof(ch));
      ch++;
   }
   // Write 0 to 9
   ch = '0';

   while (ch <= '9') {
      write(fd, &ch, sizeof(ch));
      ch++;
   }
   // Write a to z
   ch = 'a';

   while (ch <= 'z') {
      write(fd, &ch, sizeof(ch));
      ch++;
   }
   close(fd);
   return;
}

執行上面範例程式碼，得到以下結果 -

Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 3 
Received char at 3 is D 
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 28
Received char at 28 is 2 
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 38 
Received char at 38 is c 
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 59 
Received char at 59 is x 
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: 65 
Received invalid index 65 
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: -99 
Received invalid index -99 
Enter -1 to quit or enter a number between 0 and 61: -1