文件进程间通信
使用文件可以完成进程间通信，理论依据是: fork后，父子进程共享文件描述符。也就共享打开的文件
存储映射I/O
存储映射I/O(Memory-mapped I/O)使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区相映射。于是当从缓冲区中取数据，就相当于读文件中的相应字节。于此类似，将数据存入缓冲区，则相应的字节就自动写入文件。这样，就可在不适用read和write函数的情况下，使用地址（指针）完成I/O操作。
使用这种方法，首先应通知内核，将一个指定文件映射到存储区域中。这个映射工作可以通过mmap函数来实现。
mmap函数
void *mmap(void *adrr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
返回：成功时返回创建的映射去首地址；失败时返回: MAP_FAILED宏
参数：
addr: 建立映射区的首地址，由Linux内核指定。使用时，直接传递NULL
length:欲创建映射区的大小
prot: 映射区权限PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ | PROT_WRITE
flags: 标志位参数（常用于设定更新物理区域、设置共享、创建匿名映射区）
MAP_SHARED:会将映射区所做的操作反映到物理设备（磁盘）上。
MAP_PRIVATE:映射区所做的修改不会反映到物理设备。
fd: 用来建立映射区的文件描述符。
offset: 映射文件的偏移（4k的整数倍）
munmap函数
同malloc函数申请内存空间类似的，mmap建立的映射区在使用结束后也应调用类似free的函数来释放。
int munmap(void *addr, size_t length);
返回：成功：0；失败：-1
使用mmap时务必注意以下事项：
1. 创建映射区的过程中，隐含着一次对映射文件的读操作。
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)。而MAP_PRIVATE则 无所谓，因为mmap中的权限是对内存的限制。
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. 特别注意，当映射文件大小为0时，不能创建映射区。
所以：用于映射的文件必须要有实际大小！！ mmap使用时常常会出现总线错误，通常是由于共享文件存储空间大小引起的。
5. munmap传入的地址一定是mmap的返回地址。坚决杜绝指针++操作。
6. 如果文件偏移量必须为4K的整数倍
7. mmap创建映射区出错概率非常高，一定要检查返回值，确保映射区建立成功再进行后续操作。
mmap父子进程通信
父子等有血缘关系的进程之间也可以通过mmap建立的映射区来完成数据通信。但相应的要在创建映射区的时候指定对应的标志位参数flags：
MAP_PRIVATE: (私有映射) 父子进程各自独占映射区；
MAP_SHARED: (共享映射) 父子进程共享映射区；
父子进程共享：
1. 打开的文件
2. mmap建立的映射区(但必须要使用MAP_SHARED)
DEMO
父进程创建映射区，然后fork子进程，子进程修改映射区内容，而后，父进程读取映射区内容，查验是否共享
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <cstring>
#include <string>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
using namespace std;
const int LEN = 100;
int main(){
int fd = open("temp", O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR, 0664);
if(fd == -1){
perror("open error");
exit(1);
}else if(ftruncate(fd, LEN)){
perror("ftruncate error");
exit(1);
}
char * pointer = (char *)mmap(NULL, LEN, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
unlink("temp");
close(fd);
if(pointer == MAP_FAILED){
perror("mmap error");
exit(1);
}
pid_t pid = fork();
if(pid == -1){
perror("fork error");
exit(1);
}
if(pid == 0){
const char * tmp = "Hello, world!";
cout << "....................................." << endl;
cout << "child process write message" << endl;
cout << "Data: " << tmp << endl;
cout << "....................................." << endl;
strcpy(pointer, tmp);
}else{
sleep(1);
char tmp[100];
strcpy(tmp, pointer);
cout << "....................................." << endl;
cout << "parent process receive message" << endl;
cout << "Data: " << tmp << endl;
cout << "....................................." << endl;
}
if(munmap(pointer, LEN) == -1){
perror("munmap error");
exit(1);
}
return 0;
}
匿名映射
通过使用我们发现，使用映射区来完成文件读写操作十分方便，父子进程间通信也较容易。但缺陷是，每次创建映射区一定要依赖一个文件才能实现。通常为了建立映射区要open一个temp文件，创建好了再unlink、close掉，比较麻烦。可以直接使用匿名映射来代替。其实Linux系统给我们提供了创建匿名映射区的方法，无需依赖一个文件即可创建映射区。同样需要借助标志位参数flags来指定。 使用MAP_ANONYMOUS (或MAP_ANON)，如:
int *p = mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
"4"随意举例，该位置表大小，可依实际需要填写。
需注意的是，MAP_ANONYMOUS和MAP_ANON这两个宏是Linux操作系统特有的宏。在类Unix系统中如无该宏定义，可使用如下两步来完成匿名映射区的建立。
fd = open("/dev/zero", O_RDWR);
p = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MMAP_SHARED, fd, 0);
匿名映射DEMO
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <cstring>
#include <string>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
using namespace std;
const int LEN = 100;
int main(){
char * pointer = (char *)mmap(NULL, LEN, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
if(pointer == MAP_FAILED){
perror("mmap error");
exit(1);
}
pid_t pid = fork();
if(pid == -1){
perror("fork error");
exit(1);
}
if(pid == 0){
const char * tmp = "Hello, world!";
cout << "....................................." << endl;
cout << "child process write message" << endl;
cout << "Data: " << tmp << endl;
cout << "....................................." << endl;
strcpy(pointer, tmp);
}else{
sleep(1);
char tmp[100];
strcpy(tmp, pointer);
cout << "....................................." << endl;
cout << "parent process receive message" << endl;
cout << "Data: " << tmp << endl;
cout << "....................................." << endl;
}
if(munmap(pointer, LEN) == -1){
perror("munmap error");
exit(1);
}
return 0;
}
mmap无血缘关系进程间通信
实质上mmap是内核借助文件帮我们创建了一个映射区，多个进程之间利用该映射区完成数据传递。由于内核空间多进程共享，因此无血缘关系的进程间也可以使用mmap来完成通信。只要设置相应的标志位参数flags即可。若想实现共享，当然应该使用MAP_SHARED了。
DEMO
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <cstring>
#include <string>
using namespace std;
struct Record{
int data = 1;
char name[30] = "Hello, world!";
};
int main(int arg_len, char * args[]){
if(arg_len < 2){
perror("use like ./mmap_test read");
exit(1);
}
int fd;
int len = sizeof(Record);
Record record;
if(strcmp(args[1], "write") == 0 && fork() == 0){
fd = open("test.mmap", O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR, 0666);
if(ftruncate(fd, len) == -1){
perror("ftruncate error");
exit(1);
}
Record * pointer = (Record *)mmap(NULL, len, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if(pointer == MAP_FAILED){
perror("mmap failed");
exit(1);
}
while(true){
memcpy(pointer, &record, len);
++record.data;
sleep(1);
}
}else if(strcmp(args[1], "read") == 0){
fd = open("test.mmap", O_RDONLY);
Record * pointer = (Record *)mmap(NULL, len, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
if(pointer == MAP_FAILED){
perror("mmap failed");
exit(1);
}
while(true){
memcpy(&record, pointer, len);
cout << "read from mmap" << endl;
cout << "data: " << record.data << endl;
cout << "name: " << record.name << endl;
sleep(1);
}
}
return 0;
}
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