【Linux编程】存储映射I/O

存储映射I/O使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区相映射，对缓冲区的读、写操作就是对文件的读、写操作，从而可以不再使用read、write系统调用。

将文件映射到存储区的函数由mmap完成，函数原型如下：

#include <sys/mman.h>

/* 成功返回映射区起始地址，出错返回MAP_FAILED */
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flag, int filedes, off_t off);

参数说明：

• addr：指定映射存储区的起始地址，通常为0表示由系统选择起始地址。
• len：需要映射的字节数。
• prot：对映射存储区的保护要求，不能超过open文件时的权限。
• • PROT_READ：映射区可读
  • PROT_WRITE：映射区可写
  • PROT_EXEC：映射区可执行
  • PROT_NONE：映射区不可访问
• flag：影响映射存储区的属性。
• • MAP_FIXED：返回值必须等于addr，不利于移植，不鼓励使用。
  • MAP_SHARED：表示存储操作相当于对该文件的write。
  • MAP_PRIVATE：对映射区的存储操作导致创建该映射文件的一个私有副本。
• filedes：指定要被映射的文件描述符，映射之前需要先打开该文件。
• off：要映射字节在文件中的起始偏移量，通常为0。

存储映射如下所示：

测试代码：

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>

#define FILE_MODE (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fdin, fdout;
    void *src, *dst;
    struct stat statbuf;

    if (argc != 3)
    {
        printf("usage: %s <fromfile> <tofile>\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    fdin = open(argv[1], O_RDONLY);
    fdout = open(argv[2], O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, FILE_MODE);

    fstat(fdin, &statbuf);

    lseek(fdout, statbuf.st_size - 1, SEEK_SET);
    write(fdout, " ", 1);   /* lseek偏移量大于文件长度时，写操作将加长文件 */

    src = mmap(0, statbuf.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fdin, 0);
    dst = mmap(0, statbuf.st_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fdout, 0);

    memcpy(dst, src, statbuf.st_size);  /* 数据复制 */

    munmap(src, statbuf.st_size);
    munmap(dst, statbuf.st_size);

    return 0;
}

此函数实现了文件内容之间的拷贝。lseek + write的组合操作使得目标文件的大小增加到和源文件大小相同。因为当lseek设置的文件偏移量大于文件当前长度时，下一个写操作将会使文件增大。如果没有对目标文件扩大，那么进程会接收到SIGBUS信号，表示存储区中有地址无法映射到文件中。

mmap实际上是将包含文件内容的内核缓冲区映射到应用程序地址空间，然后用memcpy直接进行数据的拷贝。其优势在于避免了类似read、write系统调用，在内核空间和用户空间之间的数据传递。

参考：

《unix环境高级编程》 P390-P395.

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