内存映射文件mmap

1. mmap

mmap可以把磁盘文件的一部分直接映射到内存，这样文件中的位置直接就有对应的内存地址，对文件的读写可以直接用指针而不需要read/write函数。
使用内存映像文件的另一个优点是可以共享数据。如果多个进程需要访问同样的数据，这些数据就可以保存在一个内存映像文件中，所有的进程都可以访问它（进程间通信）。作为一种高效的共享内存模型，内存映像文件能够向任何进程独立地提供数据访问，并且把内存区的内容保存在一个磁盘文件中。如果选择这样的方式使用内存映像文件，还要对内存中的数据采取一种串行访问（serializing access）的方法，以保证统一的、可预测的读写操作。串行访问是指使用锁或信号灯（或者某些其他机制）来避免多个进程同时访问数据。在这种情况下，使用共享内存可能会更简单一些。

mmap缺点：1）耗内存，碎片。2）普通文件。
    优点：1）map速度快。 2）可原子访问任一字节，不用担心offset。

#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flag, int fd, off_t off);
int munmap(void *addr, size_t len);
addr:NULL,内核会自己在进程地址空间中选项合适的地址建立映射。
len:不超过文件长度，否则总线错误。
prot:PROT_READ,PROT_WRITE, PROT_NONE, PROT_EXEC
flag:MAP_SHARED, MAP_PRIVATE, MAP_ANON
     MAP_SHARED映射区unmap时，修改会回写磁盘文件。
     MAP_PRIVATE不回写磁盘文件。
     MAP_ANON(匿名区)纯内存区，不依赖任何文件。
off:文件起始偏移。

mmap映射的内存空间位于heap和stack之间（用户空间）。

成功返回空间地址，失败返回MAP_FAILED(=>(void *)-1)

PROT_EXEC要求fd必须可读RDONLY，PROT_WRITE要求fd必须O_RDWR。

map回写磁盘时直接从用户空间拷贝数据到磁盘，节省回写时间。
常规拷贝时需要从用户空间拷贝数据到内核，然后内核回写磁盘。

匿名映射：
char *p = mmap(NULL, 100, PROT_WRITE|PROT_READ, MAP_SHARED, -1, 0);
fd = -1代表与文件无关。

应用mmap()时，mmap()调用完后可关闭fd。
fd关闭并不影响该文件已建立的映射，仍然可以对文件进行读写。

可用strace命令执行程序，跟踪程序执行过程中用到的所有系统调用的参数及返回值。

举例：cat的一种不完善实现

include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

void err_quit(char *msg)
{
    perror(msg);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fdin;
    char *src;
    struct stat statbuf;
    off_t len;
    if(argc != 2)
    {   
        printf("USAGE: mmcat {file}
");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if((fdin = open(argv[1], O_RDONLY)) < 0)
    {
        err_quit("open");
    }

    if((fstat(fdin, &statbuf)) < 0)
    {
        err_quit("fstat");
    }

    len = statbuf.st_size;

    if((src = mmap(0, len, PROT_READ, MAP_SHARED, fdin, 0)) == 
        (void *) -1)
    {
        err_quit("mmap");
    }

    printf("%s", src);

    close(fdin);

    munmap(src, len);

    return 0;
}

在要求高度安全性的情况下，内存映像也极具价值。因为具有超级用户权限的程序能够把内存映射锁定在内存中，不让它们因linux的内存管理机制而被交换到磁盘上，类似口令文件这样的敏感数据就不太会被扫描程序探测到。当然，在这种场合下，内存区应该被设置为PROT_NONE，这样其他进程就不能读这块内存区了。