内存映射的原理与共享内存的差异

2023-12-22 23:19:12

内存映射与共享内存：数据共享的利器

在现代计算机系统中，进程之间的快速高效的数据共享至关重要。为了实现这一目标，操作系统提供了两种强大的技术：内存映射和共享内存。虽然它们都旨在促进进程间的数据交换，但它们在工作方式、数据来源和适用场景上存在着一些关键差异。

内存映射：直接访问文件内容

内存映射允许进程直接访问文件内容，而无需通过文件系统进行读写操作。它通过将文件内容映射到进程的地址空间来实现这一点。这样，进程就可以通过访问虚拟内存区域来访问文件内容，从而显著提高文件访问速度。内存映射特别适用于处理大型文件或需要频繁访问文件内容的场景。

代码示例：

#include <sys/mman.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    int fd = open("file.txt", O_RDWR);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    void *addr = mmap(NULL, 4096, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (addr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    printf("File content: %s", addr);

    if (munmap(addr, 4096) == -1) {
        perror("munmap");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    if (close(fd) == -1) {
        perror("close");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    return EXIT_SUCCESS;
}

共享内存：进程间数据交换

共享内存是一种允许进程之间共享内存区域的技术。它创建一个共享内存区域，并将该区域的地址提供给需要访问该区域的所有进程。这样，进程就可以通过访问共享内存区域来访问数据，从而实现高效的进程间通信，尤其是在需要频繁交换大量数据时。

代码示例：

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    key_t key = ftok("shmfile", 65);
    if (key == -1) {
        perror("ftok");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    int shmid = shmget(key, 4096, IPC_CREAT | 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    void *addr = shmat(shmid, NULL, 0);
    if (addr == (void *)-1) {
        perror("shmat");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    printf("Shared memory content: %s", addr);

    if (shmdt(addr) == -1) {
        perror("shmdt");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
        perror("shmctl");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    return EXIT_SUCCESS;
}