面试题：C语言中Linux内存映射映射范围控制基础

Question

在Linux环境下使用C语言进行内存映射时，简述如何通过`mmap`函数控制映射范围？请说明`mmap`函数相关参数的作用。

Answer 1

1. 通过mmap函数控制映射范围的方法

mmap函数通过length参数来精确控制映射范围。该参数指定了从文件偏移量开始映射到内存中的字节数。

2. mmap函数相关参数作用

• void *addr：
  • 作用：指定映射区的起始地址。通常设为NULL，表示由内核选择合适的地址进行映射。如果不为NULL，则内核会尽量将映射区放在该地址处，但这并不保证一定成功，这取决于系统的内存布局和分配策略。
  • 示例：void *ptr = mmap(NULL, length, prot, flags, fd, offset);，这里使用NULL让内核自动选择映射起始地址。
• size_t length：
  • 作用：指定映射区的长度（以字节为单位）。这个长度决定了从文件偏移量开始映射到内存中的数据量，从而精确控制映射范围。
  • 示例：mmap(addr, 4096, prot, flags, fd, offset);，这里映射长度为4096字节。
• int prot：
  • 作用：指定映射区的保护权限。常用的标志有：
    • PROT_READ：表示映射区可读。
    • PROT_WRITE：表示映射区可写。
    • PROT_EXEC：表示映射区可执行。
    • 可以通过按位或操作来组合多个权限，如PROT_READ | PROT_WRITE表示映射区可读可写。
  • 示例：mmap(addr, length, PROT_READ | PROT_WRITE, flags, fd, offset);，设置映射区可读可写。
• int flags：
  • 作用：指定映射的类型和其他特性。常用标志有：
    • MAP_SHARED：共享映射，对映射区的修改会反映到文件中，并且其他映射该文件的进程也能看到这些修改。
    • MAP_PRIVATE：私有映射，对映射区的修改不会反映到文件中，且对其他进程不可见，修改只在本进程内有效。
    • MAP_ANONYMOUS：匿名映射，不与任何文件关联，通常用于创建共享内存。此时fd参数应设为-1，offset参数被忽略。
  • 示例：mmap(addr, length, prot, MAP_SHARED, fd, offset);，创建共享映射。
• int fd：
  • 作用：要映射的文件描述符。如果使用MAP_ANONYMOUS标志创建匿名映射，该参数应设为-1。
  • 示例：int fd = open("test.txt", O_RDWR); mmap(addr, length, prot, flags, fd, offset);，使用打开的文件test.txt的文件描述符进行映射。
• off_t offset：
  • 作用：指定从文件的何处开始映射，必须是系统内存页大小的整数倍（通常为4096字节）。
  • 示例：mmap(addr, length, prot, flags, fd, 4096);，从文件偏移量4096字节处开始映射。