面试题：C语言中Linux内存映射的常用映射模式及适用场景

Question

在Linux环境下使用C语言进行内存映射时，有哪些常用的映射模式？请分别阐述每种映射模式的特点以及适用的场景。

Answer 1

常用映射模式

1. 私有映射（MAP_PRIVATE）
   • 特点：
     • 对映射区域的修改不会反映到文件中。当进程对映射内存进行写操作时，系统会为该进程创建一个映射区域的副本（写时复制机制，copy - on - write），以保证原文件内容不受影响。
     • 多个进程可以同时映射同一个文件，各自对映射区域的修改彼此隔离。
   • 适用场景：
     • 适用于只读数据或需要进程独立修改且不影响原文件的场景。例如，动态链接库（.so文件）通常以私有映射方式加载，进程对其代码段的修改（如设置断点等调试操作）不会影响磁盘上的库文件。
2. 共享映射（MAP_SHARED）
   • 特点：
     • 对映射区域的修改会直接反映到文件中。如果多个进程同时以共享映射方式映射同一个文件，任何一个进程对映射区域的写操作，其他进程都能看到。
     • 映射区域的内容会在适当的时候（如进程退出、调用msync函数等）同步回磁盘文件。
   • 适用场景：
     • 适用于多个进程间需要共享数据且希望数据能够持久化保存到文件的场景。例如，多个进程通过共享映射同一个文件来实现数据的共享和交换，常用于进程间通信（IPC）场景，如数据库系统中多个进程对共享数据文件的读写操作。
3. 匿名映射（MAP_ANONYMOUS）
   • 特点：
     • 不与任何文件关联，映射的内存区域是匿名的，其内容初始化为零。
     • 这种映射方式可用于创建共享内存（结合MAP_SHARED标志）供多个进程共享，也可用于创建私有内存（结合MAP_PRIVATE标志）供单个进程使用。
   • 适用场景：
     • 当需要在进程间共享一块临时数据区域，且不需要与磁盘文件关联时，可使用匿名共享映射。例如，父子进程间通过匿名共享映射来传递数据，在子进程创建前，父进程创建匿名共享映射，子进程继承该映射后，两者可共享这块内存区域。对于单个进程需要临时分配一块内存且不需要持久化到文件的场景，也可使用匿名私有映射。