Linux第八天：共享存储映射、匿名映射
知识点
- 共享内存
mmap函数：参数、返回值。 借助共享内存访问磁盘文件：使用mmap将文件映射到内存，就可以使用指针来对文件进行操作。
- 父子进程（血缘关系进程）使用mmap通信
- 匿名映射区
共享存储映射
文件进程间通信
使用文件也可以完成IPC，理论依据是，fork后，父子进程共享文件描述符。也就共享打开的文件。
我们来看下面这段代码，这是一个父子进程共享打开的文件描述符（是结构体，不是那个数字），使用文件完成进程间通信。子进程向文件里面写入文件，父进程从文件里面读出信息来。
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mmap函数
函数功能：
函数原型：
| 1 2 3 4 | #include <sys/mman.h> void *mmap(void *adrr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset); int munmap(void *addr, size_t length); |
参数介绍：
addr: 建立映射区的首地址，由Linux内核指定。使用时，直接传递NULL
length：欲创建映射区的大小
prot：映射区权限PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE
flags：标志位参数(常用于设定更新物理区域、设置共享、创建匿名映射区)
- MAP_SHARED: 会将映射区所做的操作反映到物理设备（磁盘）上。
- MAP_PRIVATE: 映射区所做的修改不会反映到物理设备。
fd：用来建立映射区的文件描述符
offset：映射文件的偏移(4k的整数倍)，可以把整个文件都映射到内存空间，也可以只把一部分文件内容映射到内存空间。
返回：成功：返回创建的映射区首地址；失败：MAP_FAILED宏
映射区：把磁盘空间上的一个文件映射到内存当中的一块缓冲区上。
munmap的作用就是释放掉所分配的内存。
例程：创建一个映射区，然后把字符串“abc”输出到硬盘字符文件中。
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使用mmap注意事项
- 使用malloc可以分配0字节大小的内存，但是用mmap却不能创建0字节大小的映射区。这要求我们：创建一个新文件以后一定要指定一定的大小才可以使用mmap。
- 如果我们分配映射区之后将首地址赋值给mem，这个时候我们将指针mem后移一位（++mem），那么输入内容还是可以输入的，但是munmap操作就会失败。这要求我们：在移动mem指针后，如果完成了所有操作，必须将mem移回初始位置。
- 如果open文件的时候设置的权限是只读（
O_RDONLY），mmap的时候PROT参数指定为PROT_READ | PROT_WRITE，且设置为MAP_SHARED，那么就会报错，提示Permission denied。如果设置为MAP_PRIVATE，就会出现“总线错误（核心已转储）”。这要求我们：创建映射区的时候要小于等于打开文件的权限，映射区创建过程中隐含着一次对文件的读操作。 - 最后一个参数offset必须是4k的整数倍。这是因为映射是由MMU帮忙创建的，而MMU操作的基本单位就是4K，所以才会这样。
- 文件描述符先关闭，对mmap映射没有影响。所谓文件描述符是你用mmap进行映射的句柄，当映射建立以后，这个文件描述符就没有什么作用了。
mmap父子进程间的通信
我们看如下例程：
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这个例程的输出结果如下：
child, *p = 2000, var = 1000
parent, *p = 2000, var =100
为什么是这样的结果呢？这是由于我们在之前学习的时候就提到过：
父子进程共享：
* 文件描述符(打开文件的结构体)
* mmap建立的映射区 (进程间通信详解)
p位于映射区，而var是全局变量，位于0~3G的用户区，遵循读时共享写时复制的原则，子进程在修改的时候自动执行了复制操作，所以子进程只修改了自己复制的那一份的内容。
当我们把MAP_SHARED修改为MAP_PRIVATE时，父子进程独享内存映射区。所以次数的输出为
child, *p = 2000, var = 1000
parent, *p = 0, var =100
匿名映射
通过使用我们发现，使用映射区来完成文件读写操作十分方便，父子进程间通信也较容易。但缺陷是，每次创建映射区一定要依赖一个文件才能实现。通常为了建立映射区要open一个temp文件，创建好了再unlink、close掉，比较麻烦。 可以直接使用匿名映射来代替。其实Linux系统给我们提供了创建匿名映射区的方法，无需依赖一个文件即可创建映射区。同样需要借助标志位参数flags来指定。
在mmap中使用MAP_ANONYMOUS (或MAP_ANON)参数。
| 1 2 | p = mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANON, -1, 0); |
需注意的是，MAP_ANONYMOUS和MAP_ANON这两个宏是Linux操作系统特有的宏。在其它类Unix系统中如无该宏定义，可使用如下两步来完成匿名映射区的建立。
1. fd = open("/dev/zero", O_RDWR);
2. p = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
其它类Unix系统包括IBM、苹果、惠普和sun等开发的商业版本以及BSD等。
mmap无血缘关系进程间通信
实质上mmap是内核借助文件帮我们创建了一个映射区，多个进程之间利用该映射区完成数据传递。由于内核空间多进程共享，因此无血缘关系的进程间也可以使用mmap来完成通信。只要设置相应的标志位参数flags即可。若想实现共享，当然应该使用MAP_SHARED了。
mmap_w.c
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mmap_r.c
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最后在说几句，当我们新建了一块内存映射，我们应该把这块内存当做数组来看待。所谓mm或者说p指向了数组的首地址。
以上是我们针对非血缘关系进程在内存区进行操作，那么我们可否将文件作为通信的桥梁呢？答案是可以的。文件打开是得到文件结构体，文件结构体在内核中，a、b两个进程内核处于同一区域，所以是可以的。
strace函数
| 1 2 | strace 可执行文件 |
可以追踪这个可执行文件使用到的系统调用有哪些。可以看到，我们在使用open/write/read函数的时候，系统底层都在使用mmap函数。
