Linux使用mmap调用创建、读写和释放共享内存区域
作者：郝学胜-神的一滴
共享内存是Linux系统中一种高效的进程间通信(IPC)机制,允许多个进程访问同一块物理内存区域,在所有IPC机制中,共享内存是最快的一种,因为它避免了数据在内核空间和用户空间之间的复制,本文将详细介绍如何使用mmap系统调用创建、读写和释放共享内存区域
1. 使用mmap创建映射区
mmap(memory map)是Linux系统提供的一个系统调用，用于将文件或设备映射到进程的地址空间。它也可以用于创建匿名映射区域，实现进程间的共享内存。
mmap函数原型
#include <sys/mman.h> void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
参数说明：
addr：指定映射区的起始地址，通常设为NULL，让系统自动选择合适的地址length：映射区域的大小prot：映射区域的保护标志，如PROT_READ(可读)、PROT_WRITE(可写)、PROT_EXEC(可执行)等flags：映射类型标志，如MAP_SHARED(共享)、MAP_PRIVATE(私有)等fd：文件描述符，对于匿名映射设为-1offset：文件映射的偏移量，通常设为0
使用mmap创建共享内存的步骤
- 打开或创建一个文件（对于文件映射）或使用匿名映射
- 调用mmap函数创建映射区
- 检查mmap的返回值，确保映射成功
示例代码：使用mmap创建匿名共享内存
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main() {
// 定义映射区域大小
size_t size = 4096;
// 使用mmap创建匿名共享内存
void *mapped = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
// 检查映射是否成功
if (mapped == MAP_FAILED) {
perror("mmap failed");
return 1;
}
printf("Memory mapped at address %p\n", mapped);
// 使用共享内存...
// 释放映射区
if (munmap(mapped, size) == -1) {
perror("munmap failed");
return 1;
}
return 0;
}
2. 读写映射区
一旦成功创建了映射区，进程就可以像操作普通内存一样读写该区域。需要注意的是，如果映射的是文件，对映射区的修改会反映到实际文件中（当使用MAP_SHARED标志时）。
读写映射区的注意事项
- 对于文件映射，修改的内容会在适当的时机写回文件（取决于系统实现）
- 多个进程同时访问共享内存时需要同步机制，如信号量、互斥锁等
- 不要越界访问映射区域，可能导致段错误
示例代码：读写映射区
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
// 定义映射区域大小
size_t size = 4096;
// 使用mmap创建匿名共享内存
void *mapped = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
// 检查映射是否成功
if (mapped == MAP_FAILED) {
perror("mmap failed");
return 1;
}
// 写入数据到映射区
char *message = "Hello, shared memory!";
strncpy((char *)mapped, message, strlen(message));
// 读取并打印映射区内容
printf("Read from shared memory: %s\n", (char *)mapped);
// 释放映射区
if (munmap(mapped, size) == -1) {
perror("munmap failed");
return 1;
}
return 0;
}
3. 使用munmap释放映射区
当进程不再需要使用映射区时，应该调用munmap函数释放该区域，释放的内存可以被系统重新分配。
munmap函数原型
#include <sys/mman.h> int munmap(void *addr, size_t length);
参数说明：
addr：要释放的映射区的起始地址，必须是mmap返回的地址length：要释放的区域大小，必须与mmap调用时的length参数相同
使用munmap的注意事项
- 确保传入正确的地址和大小
- 不要重复释放同一个映射区
- 释放映射区后，不应该再访问该区域的内存
示例代码：使用munmap释放映射区
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main() {
// 定义映射区域大小
size_t size = 4096;
// 使用mmap创建匿名共享内存
void *mapped = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
// 检查映射是否成功
if (mapped == MAP_FAILED) {
perror("mmap failed");
return 1;
}
// 使用共享内存...
// 释放映射区
if (munmap(mapped, size) == -1) {
perror("munmap failed");
return 1;
}
printf("Memory unmapped successfully\n");
return 0;
}
4. mmap的优缺点
优点
- 高效：共享内存是最快的IPC机制，因为数据不需要在内核和用户空间之间复制
- 灵活：可以映射文件或创建匿名共享内存
- 可以与文件系统结合使用，实现数据持久化
缺点
- 需要额外的同步机制：多个进程同时访问共享内存时需要同步
- 管理复杂：需要手动管理映射区的创建和释放
- 安全性较低：共享内存对所有具有访问权限的进程可见
5. 实际应用场景
- 大数据处理：多个进程共享处理大数据集
- 实时系统：需要低延迟数据交换的系统
- 数据库系统：多个进程共享数据缓存
- 图形处理：多个进程共享图像数据
6. 总结
mmap是Linux中实现共享内存的重要工具，它提供了一种高效的方式让多个进程共享内存区域。通过合理使用mmap、munmap以及适当的同步机制，可以实现高效的进程间通信。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的IPC机制，并在性能、安全性和复杂性之间做出权衡。
以上就是Linux使用mmap调用创建、读写和释放共享内存区域的详细内容，更多关于Linux mmap操作共享内存区域的资料请关注脚本之家其它相关文章！