嵌入式Linux：存储映射I/O

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在 Linux 系统中，存储映射 I/O (Memory-Mapped I/O) 是一种高级 I/O 机制，旨在通过将文件映射到进程的地址空间来实现对文件的直接访问。

通过这种方式，数据可以直接通过内存访问，而无需通过系统调用来传递数据，从而提升了文件操作效率。接下来，我们深入探讨其工作原理、关键函数以及其在不同应用场景中的优势和劣势。

存储映射 I/O 基于内存区域的概念，文件的内容被映射到内存后，应用程序可以像访问普通内存一样直接访问文件内容。读写文件的操作可以通过对内存的读取和写入来实现，省去了使用 read() 和 write() 函数在内核空间和用户空间之间来回传输数据的开销。

关键特点：

存储映射 I/O 的核心函数是 mmap()，用于将文件映射到进程地址空间中，并使用 munmap() 解除该映射。

mmap() 函数原型如下：

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

参数详解：

返回值：成功时返回映射区的起始地址；失败时返回 -1，通常使用 MAP_FAILED 表示，并设置 errno。

注意事项：addr 和 offset 通常需为系统页大小的整数倍。可以使用 sysconf(_SC_PAGE_SIZE) 获取系统页大小。

munmap() 函数原型如下：

int munmap(void *addr, size_t length);

参数详解：

返回值：成功时返回 0；失败时返回 -1，并设置 errno。

在使用 mmap() 映射文件时，还可以通过以下系统调用对映射区进行管理。

mprotect() 用于更改映射区的保护属性，函数原型如下：

int mprotect(void *addr, size_t len, int prot);

参数：

msync() 确保映射区的数据同步到磁盘文件中，类似于 fsync()，以确保数据一致性。函数原型如下：

int msync(void *addr, size_t length, int flags);

参数：

存储映射 I/O 的使用过程中可能引发的信号主要包括 SIGSEGV 和 SIGBUS。

优势应用场景：

• 大数据处理
  ：适合用于频繁访问大文件或连续数据的场景，如视频编辑和图像处理。
• 共享内存：mmap() 类似于进程间共享内存，可以用于实现进程间的高效数据共享。

限制：

Linux 存储映射 I/O 是一种高效的 I/O 方式，特别适用于大数据场景。

在应用场景中，它通过将文件直接映射到进程的虚拟内存中，显著降低了 I/O 操作的延迟和系统调用的频率，使得高效的数据共享和文件访问成为可能。

然而，受限于文件大小、页大小对齐以及数据同步等条件，开发者需在使用时根据应用场景合理选择存储映射 I/O 或普通 I/O。

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