内存

✏️ 1、brk & sbrk

不属于Linux系统调用，而是C语言提供的。

函数原型：

#include<unistd.h>
int brk(void* addr); 
void* sbrk(intptr_t increment);

这两个函数都用来改变 “program break” (程序间断点)的位置，改变数据段长度（Change data segment size），即 扩展heap的上界brk，实现虚拟内存到物理内存的映射。 brk()函数直接修改有效访问范围的末尾地址实现分配与回收。当addr参数合理、系统有足够的内存并且不超过最大值时brk()函数将数据段结尾设置为addr，即间断点设置为addr。sbrk()函数中：当increment为正值时，间断点位置向后移动increment字节。同时返回移动之前的位置，相当于分配内存。当increment为负值时，位置向前移动increment字节，相当于释放内存，其返回值没有实际意义。当increment为0时，不移动位置只返回当前位置。参数increment的符号决定了是分配还是回收内存。

返回值：

brk()成功返回0，失败返回-1并且设置errno值为ENOMEM。 sbrk()成功返回之前的程序间断点地址。如果间断点值增加，那么这个指针（指的是返回之前的间断点地址）是指向分配的新的内存的首地址。如果出错失败，就返回一个指针并设置errno全局变量的值为ENOMEM。

测试

sbrk()与brk()是C标准函数的底层实现，其机制较为复杂（测试中，死循环是为了查看maps文件，不至于进程消亡文件随之消失）。

虽然，sbrk()与brk()均可分配回收兼职，但是我们一般用sbrk()分配内存，而用brk()回收内存，上例中回收内存可以这样写：

int err = brk(old);
/**或者brk(p);效果与sbrk(-MAX*MAX);是一样的，但brk()更方便与清晰明了。**/
if(-1 == err){
    perror("brk");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

✏️ 2、mmap & munmap

mmap函数第一种用法是映射磁盘文件到内存中，对该内存区域的存取即是直接对该文件内容的读写；而malloc使用的mmap函数的第二种用法，即匿名映射，匿名映射不映射磁盘文件，而是向映射区申请一块内存。

函数原型：

#incldue<sys/mman.h>
void * mmap(void * addr, size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset);

int munmap(void * addr, size_t length);
// addr为mmap函数返回接收的地址，length为请求分配的长度。

参数	说明
start	指向欲对应的内存起始地址，通常设为NULL，代表让系统自动选定地址，对应成功后该地址会返回。
length	代表将文件中多大的部分对应到内存。
prot	代表映射区域的保护方式，有下列组合： PROT_EXEC 映射区域可被执行； PROT_READ 映射区域可被读取； PROT_WRITE 映射区域可被写入； PROT_NONE 映射区域不能存取。 注意PROT_XXXXX与文件本身的权限不冲突，如果在程序中不设定任何权限，即使本身存在读写权限，该进程也不能对其操作
flags	会影响映射区域的各种特性： MAP_FIXED 如果参数 start 所指的地址无法成功建立映射时，则放弃映射，不对地址做修正。通常不鼓励用此旗标。 MAP_SHARED 对应射区域的写入数据会复制回文件内，而且允许其他映射该文件的进程共享。 MAP_PRIVATE 对应射区域的写入操作会产生一个映射文件的复制，即私人的"写入时复制" (copy on write)对此区域作的任何修改都不会写回原来的文件内容。 MAP_ANONYMOUS 建立匿名映射，此时会忽略参数fd，不涉及文件，而且映射区域无法和其他进程共享。 MAP_DENYWRITE 只允许对应射区域的写入操作，其他对文件直接写入的操作将会被拒绝。 MAP_LOCKED 将映射区域锁定住，这表示该区域不会被置换(swap)。 在调用mmap()时必须要指定MAP_SHARED 或 MAP_PRIVATE。
fd	open()返回的文件描述词，代表欲映射到内存的文件。
offset	文件映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必须是分页大小的整数倍。

返回值：失败返回MAP_FAILED，即(void * (-1))并设置errno全局变量。成功返回指向mmap area的指针pointer。

常见errno错误：

①ENOMEM：内存不足； ②EAGAIN：文件被锁住或有太多内存被锁住； ③EBADF：参数fd不是有效的文件描述符； ④EACCES：存在权限错误，。如果是MAP_PRIVATE情况下文件必须可读；使用MAP_SHARED则文件必须能写入，且设置prot权限必须为PROT_WRITE。 ⑤EINVAL：参数addr、length或者offset中有不合法参数存在。

范例：利用mmap()来读取/etc/passwd 文件内容：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
main(){
    int fd;
    void *start;
    struct stat sb;
    fd = open("/etc/passwd", O_RDONLY); /*打开/etc/passwd */
    fstat(fd, &sb); /* 取得文件大小 */
    start = mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    if(start == MAP_FAILED) /* 判断是否映射成功 */
        return;
    printf("%s", start); 
    munmap(start, sb.st_size); /* 解除映射 */
    closed(fd);
}

在mmap和munmap执行过程的任何时刻，被映射文件的st_atime可能被更新。若st_atime字段在上述情况下没有得到更新，首次对映射区的第一个页索引时会更新该字段的值。

使用PROT_WRITE 和 MAP_SHARED标志建立起来的文件映射，其st_ctime(c: change) 和 st_mtime(m: modification) 在对映射区写入之后与msync()[memory synchronize]通过MS_SYNC 和 MS_ASYNC[memory asynchronize]两个标志调用之前会被更新。

测试

测试framebuffer的小程序：显示红色方块。（对Framebuffer进行读写可以直接操作显存，该程序需要在Linux的命令行模式下运行。）

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

int main()
{
    int fp = 0;
    struct fb_var_screeninfo  vinfo;
    struct fb_fix_screeninfo  finfo;
    long screensize = 0;
    char* fbp = 0;
    int x = 0, y = 0;
    long location = 0;
    fp = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    sleep(10);
    if (fp < 0)
    {
        printf("Error : Can not open framebuffer device\n");
        exit(1);
    }
    if (ioctl(fp, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo))
    {
        printf("Error reading fixed information\n");
        exit(2);
    }
    if (ioctl(fp, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo))
    {
        printf("Error reading variable information\n");
        exit(3);
    }

    screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8;
    /*这就是把fp所指的文件中从开始到screensize大小的内容给映射出来，得到一个指向这块空间的指针*/
    fbp = (char*)mmap(0, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fp, 0);
    if ((int)fbp == -1)
    {
        printf("Error: failed to map framebuffer device to memory./n");
        exit(4);
    }
    /*这是你想画的点的位置坐标,(0，0)点在屏幕左上角*/
    x = 100;
    y = 100;

    for (x = 100; x < 200; x++)
    {
        for (y = 100; y < 200; y++)
        {
            location = x * (vinfo.bits_per_pixel / 8) + y * finfo.line_length;
            *(fbp + location) = 0;  /* 蓝色的色深 */  /*直接赋值来改变屏幕上某点的颜色*/
            *(fbp + location + 1) = 0; /* 绿色的色深*/
            *(fbp + location + 2) = 200; /* 红色的色深*/
            *(fbp + location + 3) = 0;  /* 是否透明*/
        }
    }

    munmap(fbp, screensize); /*解除映射*/
    close(fp);    /*关闭文件*/
    return 0;
}