目录

共享内存与内存映射(mmap)

转载自:https://www.cnblogs.com/huangfuyuan/p/9476951.html

首先关于共享内存的链接:共享内存里面包含了创建共享内存区域的函数,以及两个进程怎么挂载共享内存通信,分离、释放共享内存

共享内存的好处就是效率高,不需要太多次的进行数据的copy。可以直接进行读写内存。所以,相对来说在IPC进程间通信三大主题(消息队列,信号量,共享内存)里面,共享内存要比消息队列使用多,而且消息队列只在有血缘关系的进程间通信;但是,共享内存不保证同步,可以使用信号量来保证共享内存同步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),当然还有一种POSIX的共享内存,它是在mmap基础之上构建的。

mmap

mmap I/O的描述符间接说明内存映射是对文件操作。另外,mmap另外可以在无亲缘的进程之间提供共享内存区。这样,类似的两个进程之间就是可以进行了通信。

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,运行着进程), 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,进程可以像访问内存的方式对文件进行访问,不需要其他内核态的系统调用(read,write)去操作。

这里是讲设备或者硬盘存储的一块空间映射到物理内存,然后操作这块物理内存就是在操作实际的硬盘空间,不需要经过内核态传递。比如你的硬盘上有一个文件,你可以使用linux系统提供的mmap接口,将这个文件映射到进程一块虚拟地址空间,这块空间会对应一块物理内存,当你读写这块物理空间的时候,就是在读取实际的磁盘文件,就是这么直接高效。通常诸如共享库的加载都是通过内存映射的方式加载到物理内存的

mmap系统调用并不完全是为了共享内存来设计的,它本身提供了不同于一般对普通文件的访问的方式,进程可以像读写内存一样对普通文件进行操作(无需系统调用),IPC的共享内存是纯粹为了共享。

mmap系统调用介绍

1
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

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,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,标识系统自动分配地址。实实在在的物理区域。

  • 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
  • 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。

    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
  • offset设定从何处进行映射。

mmap用于共享内存的方式

  1. 我们可以使用普通文件进行提供内存映射,例如,open系统调用打开一个文件,然后进行mmap操作,得到共享内存,这种方式适用于任何进程之间。
  2. 以使用特殊文件进行匿名内存映射,这个相对的是具有血缘关系的进程之间,当父进程调用mmap,然后进行fork,这样父进程创建的子进程会继承父进程匿名映射后的地址空间,这样,父子进程之间就可以进行通信了。相当于是mmap的返回地址此时是父子进程同时来维护。
  3. 另外POSIX版本的共享内存底层也是使用了mmap。所以,共享内存在在posix上一定程度上就是指的内存映射了

mmap和System V共享内存的比较

System V版本的共享内存(以下我们统称为shm)

https://gitee.com/lienhui68/picStore/raw/master/null/20200917180539.png

mmap版本的共享内存

https://gitee.com/lienhui68/picStore/raw/master/null/20200917180729.png

总结

  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shm共享内存,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,这样读写的速度肯定要比磁盘要快,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在内存里面就会丢失。
  4. 总之,shm是在内存中创建空间,每个进程映射到此处。内存映射是创建一个文件,并且映射到每个进程开辟的空间中。