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进程间通信学习笔记（共享内存）

news 2025/9/11 19:27:26

内存映射概念：

共享内存可以通过mmap()映射普通文件
使一个磁盘文件与内存中的一个缓冲区相映射，进程可以像访问普通文件一样对文件进行访问，不必再强调read,write。

mmap的优点：

实现了用户空间和内核空间的高效交互方式

mmap的示例：

函数定义：

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

功能：创建共享内存映射

函数返回值：成功返回创建的映射区首地址，失败返回MAP_FAILED（((void*)-1)），设置errno值

参数说明：

addr:指定要映射的内存地址，一般设置为NULL让操作系统自动选择合适的内存地址。

length:必须>0，映射地址空间的字节数，它从被映射文件开头offset个字节开始算起。

prot:指定共享内存的访问权限。可取如下几个值的可选：PROT_READ(可读)，PROT_WRITE(可写)，PROT_EXEC(可执行)，PROT_NONE(不可访问)。

flags:由以下几个常值指定：MAP_SHARED(共享的)MAP_PRIVATE(私有的)MAP_FIXED(表示必须使用start参数作为开始地址，如果失败不进行修正)，其中MAP_SHARED和MAP_PRIVATE必选其一，而MAP_FIXED则不推荐使用，MAP_ANONYMOUS(匿名映射，用于血缘关系进程间通信)

fd:表示要映射的文件句柄。如果匿名映射写-1。

offset:表示映射文件的偏移量，一般设置为0表示从文件头部开始映射。

注意事项：

（1）创建映射区的过程中，隐含着一次对映射文件的读操作，将文件内容读取到映射区。

（2）当MAP_SHARED时，要求：映射区的权限应<=文件打开的权限（出于对映射区的保护），如果不满足报非法参数(Invalid argument)错误。

（3）映射区的释放与文件关闭无关，只要映射建立成功，文件可以立即关闭。

（4）用于映射的文件大小必须>0，当映射文件为0时，指定非0大小创建映射区，访问映射地址会报总线错误，指定0大小创建映射区，报非法参数错误(Invalid argument)

（5）文件偏移量必须为0或者4K的整数倍（不是会报非法参数(Invalid argument)错误）。

（6）映射大小可以大于文件大小，但只能访问文件page的内存地址，否则报总线错误，超出映射的内存大小报段错误。

（6）的解释：

假如文件大小为37字节，即文件test为37字节大小，通过mmap申请2K内存，系统是可以访问3K的内存的，因为文件小于4K的话一次最少分配4K内存，如果访问5K的（报段错误）。但是如果申请6K内存，则5K的内存不能访问（报总线错误），因为系统会根据test文件的大小分配内存，此时也是只会分配4K。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main()
{void *addr;int fd;fd = open("test",O_RDWR);if (fd < 0){perror("open");return 0;}addr = mmap(NULL,100,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);if (addr == MAP_FAILED){perror("mmap");return 0;}// memcpy(addr,"abcdefg",7);printf("read=%s\n",(char*)addr);
}

将文件test进行映射，修改test内容，就会映射文件内容

两个进程通过共享内存进行通信：

mmap_w.c

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main()
{void *addr;int fd;fd = open("test",O_RDWR);if (fd < 0){perror("open");return 0;}addr = mmap(NULL,2048,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);if (addr == MAP_FAILED){perror("mmap");return 0;}close(fd);int i = 0;while (i < 2048){memcpy((addr+i),"a",1);i++;sleep(1);}return 0;// memcpy(addr,"abcdefg",7);// printf("read=%s\n",(char*)addr);
}

mmap_r.c

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main()
{void *addr;int fd;fd = open("test",O_RDWR);if (fd < 0){perror("open");return 0;}addr = mmap(NULL,100,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);if (addr == MAP_FAILED){perror("mmap");return 0;}while (1){printf("read=%s\n",(char*)addr);sleep(1);}return 0;// memcpy(addr,"abcdefg",7);}

向test文件映射的共享内存，一秒写一个a，然后一秒读一次

匿名映射mmap_n.c

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>#include <fcntl.h>int main()
{void *addr;addr = mmap(NULL,2048,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0);if (addr == MAP_FAILED){perror("mmap");return 0;}pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0){perror("fork");}else if (pid > 0){memcpy(addr,"1234567890",10);wait(NULL);//回收子进程}else{sleep(1);printf("read father val= %s\n",(char *)addr);}//释放共享内存munmap(addr,2048);return 0;// memcpy(addr,"abcdefg",7);// printf("read=%s\n",(char*)addr);
}

运行结果: