站長資訊網通過strace統計系統調用的時候，經常可以看到mmap()與mmap2()。系統調用mmap()可以將某文件映射至內存(進程空間)，如此可以把對文件的操作轉為對內存的操作，以此避免更多的lseek()與read()、write()操作，這點對于大文件或者頻繁訪問的文件而言尤其受益。但有一點必須清楚：mmap的addr與offset必須對齊一個內存頁面大小的邊界，即內存映射往往是頁面大小的整數倍，否則maaped_file_size%page_size內存空間將被閑置浪費。
演示一下,將文件/tmp/file_mmap中的字符轉成大寫，分別使用mmap與read/write二種方法實現。
/* * @file: t_mmap.c */ #include #include #include /*mmap munmap*/ #include #include #include #include int main(int argc, char *argv[]) { int fd; char *buf; off_t len; struct stat sb; char *fname = "/tmp/file_mmap"; fd = open(fname, O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR); if (fd == -1) { perror("open"); return 1; } if (fstat(fd, &sb) == -1) { perror("fstat"); return 1; } buf = mmap(0, sb.st_size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); if (buf == MAP_FAILED) { perror("mmap"); return 1; } if (close(fd) == -1) { perror("close"); return 1; } for (len = 0; len < sb.st_size; ++len) { buf[len] = toupper(buf[len]); /*putchar(buf[len]);*/ } if (munmap(buf, sb.st_size) == -1) { perror("munmap"); return 1; } return 0; } #gcc –o t_mmap t_mmap.c #strace ./t_mmap open("/tmp/file_mmap", O_RDWR|O_CREAT, 0600) = 3 //open，返回fd=3 fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=18, ...}) = 0 //fstat, 即文件大小18 mmap2(NULL, 18, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, 3, 0) = 0xb7867000 //mmap文件fd=3 close(3) = 0 //close文件fd=3 munmap(0xb7867000, 18)= 0 //munmap，移除0xb7867000這里的內存映射
雖然沒有看到read/write寫文件操作，但此時文件/tmp/file_mmap中的內容已由www.perfgeeks.com改變成了WWW.PERFGEEKS.COM .這里mmap的addr是0(NULL)，offset是18，并不是一個內存頁的整數倍，即有4078bytes（4kb-18）內存空間被閑置浪費了。
#include #include #include #include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv[]) { int fd, len; char *buf; char *fname = "/tmp/file_mmap"; ssize_t ret; struct stat sb; fd = open(fname, O_CREAT|O_RDWR, S_IRUSR|S_IWUSR); if (fd == -1) { perror("open"); return 1; } if (fstat(fd, &sb) == -1) { perror("stat"); return 1; } buf = malloc(sb.st_size); if (buf == NULL) { perror("malloc"); return 1; } ret = read(fd, buf, sb.st_size); for (len = 0; len < sb.st_size; ++len) { buf[len] = toupper(buf[len]); /*putchar(buf[len]);*/ } lseek(fd, 0, SEEK_SET); ret = write(fd, buf, sb.st_size); if (ret == -1) { perror("error"); return 1; } if (close(fd) == -1) { perror("close"); return 1; } free(buf); return 0; } #gcc –o t_rw t_rw.c open("/tmp/file_mmap", O_RDWR|O_CREAT, 0600) = 3 //open, fd=3 fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=18, ...}) = 0 //fstat, 其中文件大小18 brk(0) = 0x9845000 //brk, 返回當前中斷點 brk(0x9866000) = 0x9866000 //malloc分配內存,堆當前最后地址 read(3, "www.perfgeeks.comn", 18)= 18 //read lseek(3, 0, SEEK_SET) = 0 //lseek write(3, "WWW.PERFGEEKS.COMn", 18) = 18 //write close(3) = 0 //close
這里通過read()讀取文件內容,toupper()后，調用write()寫回文件。因為文件太小，體現不出read()/write()的缺點：頻繁訪問大文件，需要多個lseek()來確定位置。每次編輯read()/write()，在物理內存中的雙份數據。當然，不可以忽略創建與維護mmap()數據結構的成本。需要注意：并沒有具體測試mmap vs read/write，即不能一語斷言誰孰誰劣，具體應用場景具體評測分析。你只是要記?。簃map內存映射文件之后，操作內存即是操作文件，可以省去不少系統內核調用(lseek, read, write)。
mmap() vs malloc()
使用strace調試的時候，通?？梢钥吹酵ㄟ^mmap()創建匿名內存映射的身影。比如啟用dl(‘apc.so’)的時候，就可以看到如下語句。
mmap2(NULL, 31457280, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb5ce7000 //30M
通常使用mmap()進行匿名內存映射，以此來獲取內存，滿足一些特別需求。所謂匿名內存映射，是指mmap()的時候,設置了一個特殊的標志MAP_ANONYMOUS，且fd可以忽略(-1)。某些操作系統(像FreeBSD)，不支持標志MAP_ANONYMOUS，可以映射至設備文件/dev/zero來實現匿名內存映射。使用mmap()分配內存的好處是頁面已經填滿了0，而malloc()分配內存后，并沒有初始化，需要通過memset()初始化這塊內存。另外，malloc()分配內存的時候，可能調用brk()，也可能調用mmap2()。即分配一塊小型內存(小于或等于128kb)，malloc()會調用brk()調高斷點，分配的內存在堆區域，當分配一塊大型內存(大于128kb),malloc()會調用mmap2()分配一塊內存，與堆無關，在堆之外。同樣的，free()內存映射方式分配的內存之后，內存馬上會被系統收回，free()堆中的一塊內存，并不會馬上被系統回收，glibc會保留它以供下一次malloc()使用。
這里演示一下malloc()使用brk()和mmap2()。
/* * file:t_malloc.c */ #include #include #include int main(int argc, char *argv) { char *brk_mm, *mmap_mm; printf("-----------------------n"); brk_mm = (char *)malloc(100); memset(brk_mm, '', 100); mmap_mm = (char *)malloc(500 * 1024); memset(mmap_mm, '', 500*1024); free(brk_mm); free(mmap_mm); printf("-----------------------n"); return 1; } #gcc –o t_malloc t_malloc.c #strace ./t_malloc write(1, "-----------------------n", 24-----------------------) = 24 brk(0) = 0x85ee000 brk(0x860f000) = 0x860f000//malloc(100) mmap2(NULL, 516096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7702000 //malloc(5kb) munmap(0xb7702000, 516096) = 0 //free(), 5kb write(1, "-----------------------n", 24-----------------------) = 24
通過malloc()分別分配100bytes和5kb的內存，可以看出其實分別調用了brk()和mmap2()，相應的free()也是不回收內存和通過munmap()系統回收內存。
mmap()共享內存,進程通信
內存映射mmap()的另一個外常見的用法是，進程通信。相較于管道、消息隊列方式而言，這種通過內存映射的方式效率明顯更高，它不需要任務數據拷貝。這里，我們通過一個例子來說明mmap()在進程通信方面的應用。我們編寫二個程序，分別是master和slave，slave根據master不同指令進行不同的操作。Master與slave就是通過映射同一個普通文件進行通信的。
/* *@file master.c */ root@liaowq:/data/tmp# cat master.c #include #include #include #include #include #include #include #include void listen(); int main(int argc, char *argv[]) { listen(); return 0; } void listen() { int fd; char *buf; char *fname = "/tmp/shm_command"; char command; time_t now; fd = open(fname, O_CREAT|O_RDWR, S_IRUSR|S_IWUSR); if (fd == -1) { perror("open"); exit(1); } buf = mmap(0, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); if (buf == MAP_FAILED) { perror("mmap"); exit(1); } if (close(fd) == -1) { perror("close"); exit(1); } *buf = '0'; sleep(2); for (;;) { if (*buf == '1' || *buf == '3' || *buf == '5' || *buf == '7') { if (*buf > '1') printf("%ldtgood job [%c]n", (long)time(&now), *buf); (*buf)++; } if (*buf == '9') { break; } sleep(1); } if (munmap(buf, 4096) == -1) { perror("munmap"); exit(1); } } /* *@file slave.c */ #include #include #include #include #include #include #include #include void ready(unsigned int t); void job_hello(); void job_smile(); void job_bye(); char get_command(char *buf); void wait(); int main(int argc, char *argv[]) { wait(); return 0; } void ready(unsigned int t) { sleep(t); } /* command 2 */ void job_hello() { time_t now; printf("%ldthello worldn", (long)time(&now)); } /* command 4 */ void job_simle() { time_t now; printf("%ldt^_^n", (long)time(&now)); } /* command 6 */ void job_bye() { time_t now; printf("%ldt|<--n", (long)time(&now)); } char get_command(char *buf) { char *p; if (buf != NULL) { p = buf; } else { return '0'; } return *p; } void wait() { int fd; char *buf; char *fname = "/tmp/shm_command"; char command; time_t now; fd = open(fname, O_RDWR|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR); if (fd == -1) { perror("open"); exit(1); } buf = mmap(0, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); if (buf == MAP_FAILED) { perror("mmap"); exit(1); } if (close(fd) == -1) { perror("close"); exit(1); } for (;;) { command = get_command(buf); /*printf("%cn", command);*/ switch(command) { case '0': printf("%ldtslave is ready...n", (long)time(&now)); ready(3); *buf = '1'; break; case '2': job_hello(); *buf = '3'; break; case '4': job_simle(); *buf = '5'; break; case '6': job_bye(); *buf = '7'; break; default: break; } if (*buf == '8') { *buf = '9'; if (munmap(buf, 4096) == -1) { perror("munmap"); exit(1); } return; } sleep(1); } if (munmap(buf, 4096) == -1) { perror("munmap"); exit(1); } }
執行master與slave，輸出如下
root@liaowq:/data/tmp# echo “0″ > /tmp/shm_command
root@liaowq:/data/tmp# ./master
1320939445 good job [3]
1320939446 good job [5]
1320939447 good job [7]
root@liaowq:/data/tmp# ./slave
1320939440 slave is ready…
1320939444 hello world
1320939445 ^_^
1320939446 |<–
master向slave發出job指令2,4,6。slave收到指令后，執行相關邏輯操作，完成后告訴master，master知道slave完成工作后，打印good job并且發送一下job指令。master與slave通信，是通過mmap()共享內存實現的。
總結
1、 Linux采用了投機取巧的分配策略，用到時，才分配物理內存。也就是說進程調用brk()或mmap()時，只是占用了虛擬地址空間，并沒有真正占用物理內存。這也正是free –m中used并不意味著消耗的全都是物理內存。
2、 mmap()通過指定標志(flag) MAP_ANONYMOUS來表明該映射是匿名內存映射，此時可以忽略fd，可將它設置為-1。如果不支持MAP_ANONYMOUS標志的類unix系統，可以映射至特殊設備文件/dev/zero實現匿名內存映射。
3、 調用mmap()時就決定了映射大小，不能再增加。換句話說，映射不能改變文件的大小。反過來，由文件被映射部分，而不是由文件大小來決定進程可訪問內存空間范圍(映射時，指定offset最好是內存頁面大小的整數倍)。
4、通常使用mmap()的三種情況.提高I/O效率、匿名內存映射、共享內存進程通信。
相關鏈接
1.高性能網絡編程
2.內存管理內幕
3.C語言指針與內存泄漏
4.read系統調用剖析
5.linux環境進程間通信:共享內存
6. <<linux系統編程>> <<unix網絡編程2>></unix網絡編程2></linux系統編程>
