通過(guò)strace統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)候，經(jīng)?？梢钥吹絤map()與mmap2()。系統(tǒng)調(diào)用mmap()可以將某文件映射至內(nèi)存(進(jìn)程空間)，如此可以把對(duì)文件的操作轉(zhuǎn)為對(duì)內(nèi)存的操作，以此避免更多的lseek()與read()、write()操作，這點(diǎn)對(duì)于大文件或者頻繁訪問(wèn)的文件而言尤其受益。但有一點(diǎn)必須清楚：mmap的addr與offset必須對(duì)齊一個(gè)內(nèi)存頁(yè)面大小的邊界，即內(nèi)存映射往往是頁(yè)面大小的整數(shù)倍，否則maaped_file_size%page_size內(nèi)存空間將被閑置浪費(fèi)。

演示一下,將文件/tmp/file_mmap中的字符轉(zhuǎn)成大寫(xiě)，分別使用mmap與read/write二種方法實(shí)現(xiàn)。

  /*  * @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(nèi)存映射

雖然沒(méi)有看到read/write寫(xiě)文件操作，但此時(shí)文件/tmp/file_mmap中的內(nèi)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(gè)內(nèi)存頁(yè)的整數(shù)倍，即有4078bytes（4kb-18）內(nèi)存空間被閑置浪費(fèi)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(dāng)前中斷點(diǎn)  brk(0x9866000)  = 0x9866000  //malloc分配內(nèi)存,堆當(dāng)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(guò)read()讀取文件內(nèi)容,toupper()后，調(diào)用write()寫(xiě)回文件。因?yàn)槲募。w現(xiàn)不出read()/write()的缺點(diǎn)：頻繁訪問(wèn)大文件，需要多個(gè)lseek()來(lái)確定位置。每次編輯read()/write()，在物理內(nèi)存中的雙份數(shù)據(jù)。當(dāng)然，不可以忽略創(chuàng)建與維護(hù)mmap()數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的成本。需要注意：并沒(méi)有具體測(cè)試mmap vs read/write，即不能一語(yǔ)斷言誰(shuí)孰誰(shuí)劣，具體應(yīng)用場(chǎng)景具體評(píng)測(cè)分析。你只是要記?。簃map內(nèi)存映射文件之后，操作內(nèi)存即是操作文件，可以省去不少系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)用(lseek, read, write)。

mmap() vs malloc()

使用strace調(diào)試的時(shí)候，通?？梢钥吹酵ㄟ^(guò)mmap()創(chuàng)建匿名內(nèi)存映射的身影。比如啟用dl(‘a(chǎn)pc.so’)的時(shí)候，就可以看到如下語(yǔ)句。

mmap2(NULL, 31457280, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb5ce7000 //30M

通常使用mmap()進(jìn)行匿名內(nèi)存映射，以此來(lái)獲取內(nèi)存，滿足一些特別需求。所謂匿名內(nèi)存映射，是指mmap()的時(shí)候,設(shè)置了一個(gè)特殊的標(biāo)志MAP_ANONYMOUS，且fd可以忽略(-1)。某些操作系統(tǒng)(像FreeBSD)，不支持標(biāo)志MAP_ANONYMOUS，可以映射至設(shè)備文件/dev/zero來(lái)實(shí)現(xiàn)匿名內(nèi)存映射。使用mmap()分配內(nèi)存的好處是頁(yè)面已經(jīng)填滿了0，而malloc()分配內(nèi)存后，并沒(méi)有初始化，需要通過(guò)memset()初始化這塊內(nèi)存。另外，malloc()分配內(nèi)存的時(shí)候，可能調(diào)用brk()，也可能調(diào)用mmap2()。即分配一塊小型內(nèi)存(小于或等于128kb)，malloc()會(huì)調(diào)用brk()調(diào)高斷點(diǎn)，分配的內(nèi)存在堆區(qū)域，當(dāng)分配一塊大型內(nèi)存(大于128kb),malloc()會(huì)調(diào)用mmap2()分配一塊內(nèi)存，與堆無(wú)關(guān)，在堆之外。同樣的，free()內(nèi)存映射方式分配的內(nèi)存之后，內(nèi)存馬上會(huì)被系統(tǒng)收回，free()堆中的一塊內(nèi)存，并不會(huì)馬上被系統(tǒng)回收，glibc會(huì)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(guò)malloc()分別分配100bytes和5kb的內(nèi)存，可以看出其實(shí)分別調(diào)用了brk()和mmap2()，相應(yīng)的free()也是不回收內(nèi)存和通過(guò)munmap()系統(tǒng)回收內(nèi)存。

mmap()共享內(nèi)存,進(jìn)程通信

內(nèi)存映射mmap()的另一個(gè)外常見(jiàn)的用法是，進(jìn)程通信。相較于管道、消息隊(duì)列方式而言，這種通過(guò)內(nèi)存映射的方式效率明顯更高，它不需要任務(wù)數(shù)據(jù)拷貝。這里，我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明mmap()在進(jìn)程通信方面的應(yīng)用。我們編寫(xiě)二個(gè)程序，分別是master和slave，slave根據(jù)master不同指令進(jìn)行不同的操作。Master與slave就是通過(guò)映射同一個(gè)普通文件進(jìn)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(zhí)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(fā)出job指令2,4,6。slave收到指令后，執(zhí)行相關(guān)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(fā)送一下job指令。master與slave通信，是通過(guò)mmap()共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)的。

總結(jié)

1、 Linux采用了投機(jī)取巧的分配策略，用到時(shí)，才分配物理內(nèi)存。也就是說(shuō)進(jìn)程調(diào)用brk()或mmap()時(shí)，只是占用了虛擬地址空間，并沒(méi)有真正占用物理內(nèi)存。這也正是free –m中used并不意味著消耗的全都是物理內(nèi)存。

2、 mmap()通過(guò)指定標(biāo)志(flag) MAP_ANONYMOUS來(lái)表明該映射是匿名內(nèi)存映射，此時(shí)可以忽略fd，可將它設(shè)置為-1。如果不支持MAP_ANONYMOUS標(biāo)志的類unix系統(tǒng)，可以映射至特殊設(shè)備文件/dev/zero實(shí)現(xiàn)匿名內(nèi)存映射。

3、 調(diào)用mmap()時(shí)就決定了映射大小，不能再增加。換句話說(shuō)，映射不能改變文件的大小。反過(guò)來(lái)，由文件被映射部分，而不是由文件大小來(lái)決定進(jìn)程可訪問(wèn)內(nèi)存空間范圍(映射時(shí)，指定offset最好是內(nèi)存頁(yè)面大小的整數(shù)倍)。

4、通常使用mmap()的三種情況.提高I/O效率、匿名內(nèi)存映射、共享內(nèi)存進(jìn)程通信。

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