共享內存與存儲映射(mmap)

    【前言】對這兩個理解還是不夠深刻，寫一篇博客來記錄一下。

　　首先關於共享內存的鏈接：共享內存。里面包含了創建共享內存區域的函數，以及兩個進程怎么掛載共享內存通信，分離、釋放共享內存。

　　共享內存的好處就是效率高，不需要太多次的進行數據的copy。可以直接進行讀寫內存。所以，相對來說在IPC進程間通信三大主題里面，共享內存要比消息隊列使用多，而且消息隊列只在有血緣關系的進程間通信；但是，共享內存不保證同步，使用了信號量用來保證共享內存同步。Linux中的兩種共享內存。一種是我們的IPC通信System V版本的共享內存，另外的一種就是我們今天提到的存儲映射I/O（mmap函數），當然還有一種POSIX的共享內存，它是在mmap基礎之上構建的。

一、mmap

　　mmap I/O的描述符間接說明內存映射是對文件操作。另外，mmap另外可以在無親緣的進程之間提供共享內存區。這樣，類似的兩個進程之間就是可以進行了通信。

　　Linux提供了內存映射函數mmap, 它把文件內容映射到一段內存上(准確說是虛擬內存上，運行着進程), 通過對這段內存的讀取和修改, 實現對文件的讀取和修改。mmap()系統調用使得進程之間可以通過映射一個普通的文件實現共享內存。普通文件映射到進程地址空間后，進程可以像訪問內存的方式對文件進行訪問，不需要其他內核態的系統調用(read,write)去操作。

　　這里是講設備或者硬盤存儲的一塊空間映射到物理內存，然后操作這塊物理內存就是在操作實際的硬盤空間，不需要經過內核態傳遞。比如你的硬盤上有一個文件，你可以使用linux系統提供的mmap接口，將這個文件映射到進程一塊虛擬地址空間，這塊空間會對應一塊物理內存，當你讀寫這塊物理空間的時候，就是在讀取實際的磁盤文件，就是這么直接高效。通常諸如共享庫的加載都是通過內存映射的方式加載到物理內存的。

　　mmap系統調用並不完全是為了共享內存來設計的，它本身提供了不同於一般對普通文件的訪問的方式，進程可以像讀寫內存一樣對普通文件進行操作，IPC的共享內存是純粹為了共享。

　　（1）mmap系統調用介紹：

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

　　這就是mmap系統調用的接口，mmap函數成功返回指向內存區域的指針，失敗返回MAP_FAILED。

　　addr，某個特定的地址作為起始地址，當被設置為NULL，標識系統自動分配地址。實實在在的物理區域。

　　length說的是內存段的長度。

　　prot是用來設定內存段的訪問權限。

prot參數	說明
PROT_READ	內存段可讀
PROT_WRITE	內存段可寫
PROT_EXEC	內存段可執行
PROT_NONE	內存段不能被訪問

　　flags參數控制內存段內容被修改以后程序的行為。

flags參數	說明
MAP_SHARED	進程間共享內存，對該內存段修改反映到映射文件中。提供了POSIX共享內存
MAP_PRIVATE	內存段為調用進程所私有。對該內存段的修改不會反映到映射文件
MAP_ANNOYMOUS	這段內存不是從文件映射而來的。內容被初始化為全0
MAP_FIXED	內存段必須位於start參數指定的地址處，start必須是頁大小的整數倍（4K整數倍）
MAP_HUGETLB	按照大內存頁面來分配內存空間

　　fd參數是用來被映射文件對應的文件描述符。通過open系統調用得到。

　　offset設定從何處進行映射。

（2）mmap用於共享內存的方式

　　1、我們可以使用普通文件進行提供內存映射，例如，open系統調用打開一個文件，然后進行mmap操作，得到共享內存，這種方式適用於任何進程之間。

　　2、可以使用特殊文件進行匿名內存映射，這個相對的是具有血緣關系的進程之間，當父進程調用mmap，然后進行fork，這樣父進程創建的子進程會繼承父進程匿名映射后的地址空間，這樣，父子進程之間就可以進行通信了。相當於是mmap的返回地址此時是父子進程同時來維護。

　　3、另外POSIX版本的共享內存底層也是使用了mmap。所以，共享內存在在posix上一定程度上就是指的內存映射了。https://www.cnblogs.com/LubinLew/p/POSIX-shared_memory.html

三、mmap和System V共享內存的比較

共享內存：

這是System V版本的共享內存（以下我們統稱為shm），下面看下mmap的：

總結：

　　1、mmap是在磁盤上建立一個文件，每個進程地址空間中開辟出一塊空間進行映射。而shm共享內存，每個進程最終會映射到同一塊物理內存。shm保存在物理內存，這樣讀寫的速度肯定要比磁盤要快，但是存儲量不是特別大。

　　2、相對於shm來說，mmap更加簡單，調用更加方便，所以這也是大家都喜歡用的原因。

　　3、另外mmap有一個好處是當機器重啟，因為mmap把文件保存在磁盤上，這個文件還保存了操作系統同步的映像，所以mmap不會丟失，但是shmget在內存里面就會丟失。

　　4、總之，共享內存是在內存中創建空間，每個進程映射到此處。內存映射是創建一個文件，並且映射到每個進程開辟的空間中。

　　　   但在posix中的共享內存就是指這種使用文件的方式“內存映射”。參考：https://www.cnblogs.com/LubinLew/p/POSIX-shared_memory.html

附錄：linux高端內存https://www.cnblogs.com/wuchanming/p/4360277.html