mmap映射区和shm共享内存的区别总结

转自：https://blog.csdn.net/hj605635529/article/details/73163513

linux中的两种共享内存。一种是我们的IPC通信System V版本的共享内存，另外的一种就是我们今天提到的存储映射I/O（mmap函数）

在说mmap之前我们先说一下普通的读写文件的原理，进程调用read或是write后会陷入内核，因为这两个函数都是系统调用，进入系统调用后，内核开始读写文件，假设内核在读取文件，内核首先把文件读入自己的内核空间，读完之后进程在内核回归用户态，内核把读入内核内存的数据再copy进入进程的用户态内存空间。实际上我们同一份文件内容相当于读了两次，先读入内核空间，再从内核空间读入用户空间。

　Linux提供了内存映射函数mmap, 它把文件内容映射到一段内存上(准确说是虚拟内存上), 通过对这段内存的读取和修改, 实现对文件的读取和修改,mmap()系统调用使得进程之间可以通过映射一个普通的文件实现共享内存。普通文件映射到进程地址空间后，进程可以向访问内存的方式对文件进行访问，不需要其他系统调用(read,write)去操作。

mmap图示例：

mmap系统调用介绍

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

• 1
• 2

• 1
• 2

这就是mmap系统调用的接口，mmap函数成功返回指向内存区域的指针，图上的进程的地址空间的开始地址就是mmap函数的返回值，失败返回MAP_FAILED。

addr，某个特定的地址作为起始地址，当被设置为NULL，系统会在地址空间选择一块合适的内存区域。

length说的是内存段的长度。

prot是用来设定内存段的访问权限。

prot参数	说明
PROT_READ	内存段可读
PROT_WRITE	内存段可写
PROT_EXEC	内存段可执行
PROT_NONE	内存段不能被访问

flags参数控制内存段内容被修改以后程序的行为。

flags参数	说明
MAP_SHARED	进程间共享内存，对该内存段修改反映到映射文件中。提供了POSIX共享内存
MAP_PRIVATE	内存段为调用进程所私有。对该内存段的修改不会反映到映射文件
MAP_ANNOYMOUS	这段内存不是从文件映射而来的。内容被初始化为全0
MAP_FIXED	内存段必须位于start参数指定的地址处，start必须是页大小的整数倍（4K整数倍）
MAP_HUGETLB	按照大内存页面来分配内存空间

fd参数是用来被映射文件对应的文件描述符。通过open系统调用得到。offset设定从何处进行映射。

mmap使用注意事项：

利用mmap进行非血缘进程间通信代码：

[cpp]  view plain  copy

1. #include<stdio.h>  
2. #include<stdlib.h>  
3. #include<unistd.h>  
4. #include<fcntl.h>  
5. #include<sys/types.h>  
6. #include<sys/stat.h>  
7. #include<sys/mman.h>  
8. #include<string.h>  
9.   
10. struct STU  
11. {  
12.     int age;  
13.     char name[20];  
14.     char sex;  
15. };  
16.   
17. int main(int argc,char *argv[]) //这个进程用于创建映射区进行写。  
18. {  
19.     if(argc != 2)  
20.     {  
21.         printf("./a,out  file");  
22.         exit(1);  
23.     }  
24.   
25.     struct STU student = {10,"xiaoming",'m'};  
26.   
27.     int fd = open(argv[1],O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644);  
28.     if(fd < 0)  
29.     {  
30.         perror("open");  
31.         exit(2);  
32.     }  
33.     ftruncate(fd,sizeof(struct STU)); //文件拓展大小。  
34.       
35.     struct STU *p = (struct STU*)mmap(NULL,sizeof(struct STU),PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);//创建一个结构体大小的共享映射区。共享映射区我们可以当做数组区看待。  
36.     if(p == MAP_FAILED)  
37.     {  
38.         perror("mmap");  
39.         exit(3);  
40.     }  
41.     close(fd); //关闭不用的文件描述符。  
42.     while(1)  
43.     {  
44.         memcpy(p,&student,sizeof(student));  
45.         student.age++;  
46.         sleep(1);  
47.     }  
48.     int ret = munmap(p,sizeof(student));  
49.     if(ret < 0)  
50.     {  
51.         perror("mmumap");  
52.         exit(4);  
53.     }  
54.   
55.     return 0;  
56. }  

[cpp]  view plain  copy

1. #include<stdio.h>  
2. #include<stdlib.h>  
3. #include<unistd.h>  
4. #include<fcntl.h>  
5. #include<sys/types.h>  
6. #include<sys/stat.h>  
7. #include<sys/mman.h>  
8.   
9. struct STU  
10. {  
11.     int age;  
12.     char name[20];  
13.     char sex;  
14. };  
15.   
16. int main(int argc,char *argv[]) //这个进程读  
17. {  
18.     if(argc != 2)  
19.     {  
20.         printf("./a,out  file");  
21.         exit(1);  
22.     }  
23.   
24.   
25.     int fd = open(argv[1],O_RDONLY,0644);  
26.     if(fd < 0)  
27.     {  
28.         perror("open");  
29.         exit(2);  
30.     }  
31.       
32.     struct STU student;  
33.   
34.     struct STU *p = (struct STU*)mmap(NULL,sizeof(struct STU),PROT_READ,MAP_SHARED,fd,0);  
35.     if(p == MAP_FAILED)  
36.     {  
37.         perror("mmap");  
38.         exit(3);  
39.     }  
40.     close(fd);  
41.     int i = 0;  
42.     while(1)  
43.     {  
44.           
45.         printf("id = %d\tname = %s\t%c\n",p->age,p->name,p->sex);    
46.         sleep(2);  
47.     }  
48.     int ret = munmap(p,sizeof(student));  
49.     if(ret < 0)  
50.     {  
51.         perror("mmumap");  
52.         exit(4);  
53.     }  
54.   
55.     return 0;  
56. }  

代码截图：

分析：因为只创建一个结构体大小的共享内存，后面写入的数据把前面写入的数据覆盖了。

shm调用介绍:参见上一篇博客

http://blog.csdn.net/hj605635529/article/details/67636526

shm图示例：

（1）通过int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);在物理内存创建一个共享内存，返回共享内存的编号。
（2）通过void *shmat(int shmid, constvoid shmaddr,int shmflg);连接成功后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间
（3）通过void *shmdt(constvoid* shmaddr);断开用户级页表到共享内存的那根箭头。
（4）通过int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds* buf);释放物理内存中的那块共享内存。

总结mmap和shm:
1、mmap是在磁盘上建立一个文件，每个进程地址空间中开辟出一块空间进行映射。
而对于shm而言，shm每个进程最终会映射到同一块物理内存。shm保存在物理内存，这样读写的速度要比磁盘要快，但是存储量不是特别大。
2、相对于shm来说，mmap更加简单，调用更加方便，所以这也是大家都喜欢用的原因。
3、另外mmap有一个好处是当机器重启，因为mmap把文件保存在磁盘上，这个文件还保存了操作系统同步的映像，所以mmap不会丢失，但是shmget就会丢失。