深入理解mmap（Linux内存映射实战指南）

2. mmap函数详解

mmap函数原型如下：

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

• addr：建议内核使用的映射起始地址，通常传NULL让内核自动选择。
• length：映射区域的长度（字节）。
• prot：内存保护标志，如PROT_READ（可读）、PROT_WRITE（可写）、PROT_EXEC（可执行）等。
• flags：映射类型标志，常见有MAP_SHARED（对内存的修改会写回文件）和MAP_PRIVATE（修改不写回文件，类似写时拷贝）。
• fd：要映射的文件描述符（若使用匿名映射则传-1）。
• offset：文件偏移量，必须是页大小的整数倍。

返回值：成功返回映射区域的首地址，失败返回MAP_FAILED（即(void *)-1）。

3. 实战：文件映射示例

下面通过一个简单的示例演示如何将文件映射到内存并修改其内容。假设我们有一个文本文件"data.txt"，我们希望将其前10个字节改为大写。

    #include #include #include #include #include #include #include #include int main() {    int fd = open("data.txt", O_RDWR);    if (fd == -1) { perror("open"); exit(1); }    struct stat sb;    if (fstat(fd, &sb) == -1) { perror("fstat"); exit(1); }    // 映射整个文件    size_t length = sb.st_size;    char *addr = mmap(NULL, length, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);    if (addr == MAP_FAILED) { perror("mmap"); exit(1); }    close(fd); // 文件描述符可以立即关闭，不影响映射    // 将前10个字符转为大写（如果文件长度足够）    int n = (length < 10) ? length : 10;    for (int i = 0; i < n; i++) {        addr[i] = toupper(addr[i]);    }    // 同步到磁盘（可选）    msync(addr, length, MS_SYNC);    // 解除映射    munmap(addr, length);    return 0;}  

该程序打开文件，获取大小，使用mmap函数建立文件映射（MAP_SHARED），然后直接操作内存，最后通过msync确保修改写回磁盘，并用munmap解除映射。整个过程高效简洁。

4. 匿名映射与共享内存

除了文件映射，mmap还可以创建匿名映射（flags指定MAP_ANONYMOUS，fd传-1），用于在父子进程间共享内存。例如，fork之前创建匿名映射，之后父子进程都能访问同一块内存，实现进程间通信。这种基于共享内存的方式比管道等传统IPC速度更快。

5. 注意事项

• 映射大小和偏移量需注意页对齐（通常页大小4KB）。
• 使用MAP_SHARED时，对内存的修改会最终写回文件，但具体时机由内核决定，需要时可用msync强制同步。
• 避免映射超出文件大小的范围，否则访问越界部分可能引发SIGBUS信号。
• 多线程或多进程同时写共享映射时需同步，防止数据竞争。

6. 总结

mmap是Linux/Unix系统编程中非常强大的工具，掌握它能够让你在处理大文件、实现高效IPC时游刃有余。无论是Linux内存映射的基础概念，还是mmap函数的实际运用，本文都给出了清晰的指引。希望这篇教程能帮助你顺利上手mmap，开启高性能编程的大门。