细说linux IPC（三）：mmap系统调用共享内存

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        前面讲到socket的进程间通信方式。这样的方式在进程间传递数据时首先须要从进程1地址空间中把数据复制到内核，内核再将数据复制到进程2的地址空间中，也就是数据传递须要经过内核传递。这样在处理较多数据时效率不是非常高。而让多个进程共享一片内存区则攻克了之前socket进程通信的问题。共享内存是最快的进程间通信 。将一片内存映射到多个进程地址空间中，那么进程间的数据传递将不在涉及内核。

        共享内存并非从某一进程拥有的内存中划分出来的。进程的内存总是私有的。共享内存是从系统的空暇内存池中分配的，希望訪问它的每一个进程连接它。这个连接过程称为映射。它给共享内存段分配每一个进程的地址空间中的本地地址。

    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。进程能够向訪问普通内存一样对文件进行訪问。不必再调用read()，write()等操作。

函数原型为：

     #include <sys/mman.h>
     void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,  int fd, off_t offset); 

当中參数addr为描写叙述符fd应该被映射到进程空间的起始地址，当指定为NULL时内核将自己去选择起始地址，不管addr是为NULL，函数返回值都是fd所映射到内存的起始地址；

        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个字节開始算起，offset通常设置为0；

        prot 參数指定共享内存的訪问权限。可取例如以下几个值的或：PROT_READ（可读） , PROT_WRITE （可写）, PROT_EXEC （可运行）, PROT_NONE（不可訪问）。该值常设置为PROT_READ | PROT_WRITE 。

        flags由下面几个常值指定：MAP_SHARED , MAP_PRIVATE , MAP_FIXED，当中，MAP_SHARED（变动是共享的，对共享内存的改动全部进程可见） , MAP_PRIVATE（变动是私有的。对共享内存改动仅仅对该进程可见）   必选其一，而MAP_FIXED则不推荐使用 。



    munmp() 删除地址映射关系。函数原型例如以下：

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

參数addr是由mmap返回的地址。len是映射区大小。



        进程在映射空间的对共享内容的改变并不直接写回到磁盘文件里。往往在调用munmap（）后才运行该操作。能够通过调用msync()实现磁盘上文件内容与共享内存区的内容一致。 msync()函数原型为：

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

參数addr和len代表内存区，flags有下面值指定，MS_ASYNC（运行异步写）， MS_SYNC（运行同步写），MS_INVALIDATE（使快速缓存失效）。当中MS_ASYNC和MS_SYNC两个值必须且仅仅能指定一个，一旦写操作排入内核。MS_ASYNC马上返回，MS_SYNC要等到写操作完毕后才返回。假设还指定了MS_INVALIDATE，那么与其终于拷贝不一致的文件数据的全部内存中拷贝都失效。



        在使用open函数打开一个文件之后调用mmap把文件内容映射到调用进程的地址空间，这样我们操作文件内容仅仅须要对映射的地址空间进行操作。而无需再使用open。write等函数。



        使用共享内存的步骤基本是：

open()创建内存段；

用 ftruncate()设置它的大小。

用mmap() 把它映射到进程内存，运行其它參与者须要的操作；

当使用完时，原来的进程调用 munmap()然后退出。

以下来看一个实现：

server程序创建内存并向共享内存写入数据：

int sln_shm_get(char *shm_file, void **shm, int mem_len)
{
    int fd;
    fd = open(shm_file, O_RDWR | O_CREAT, 0644);//1. 创建内存段
    if (fd < 0) {
        printf("open <%s> failed: %s\n", shm_file, strerror(errno));
        return -1;
    }
    ftruncate(fd, mem_len);//2.设置共享内存大小
    *shm = mmap(NULL, mem_len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); //mmap映射系统内存池到进程内存
    if (MAP_FAILED == *shm) {
        printf("mmap: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
    close(fd);
    return 0;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
    char *shm_buf = NULL;
    sln_shm_get(SHM_IPC_FILENAME, (void **)&shm_buf, SHM_IPC_MAX_LEN);
    snprintf(shm_buf, SHM_IPC_MAX_LEN, "hello share memory ipc! i'm server.");
    return 0;
}

client程序映射共享内存并读取当中数据：

int main(int argc, const char *argv[])
{
    char *shm_buf = NULL;
    sln_shm_get(SHM_IPC_FILENAME, (void **)&shm_buf, SHM_IPC_MAX_LEN);
    printf("ipc client get: %s\n", shm_buf);
    munmap(shm_buf, SHM_IPC_MAX_LEN);
    return 0;
}

先执行server程序向共享内存写入数据，再执行客户程序。执行结果例如以下：

# ./server
# ./client
ipc client get: hello share memory ipc! i'm server.
#

共享内存不像socket那样本身具有同步机制，它须要通过添加其它同步操作来实现同步，比方信号量等。同步相关操作在后面会有相关专栏具体叙述。

本节源代码下载：

http://download.csdn.net/detail/gentleliu/8140487

最后今天祝各位单身程序员节日快乐！。！！！