Linux中的mmap映射（读写文件数据的另一种方式）

Linux 中的mmap映射（读写文件数据的另一种方式）

mmap功能

• Linux除了通过对read，write函数的调用实现数据的读写，还提供了一种方式，对文件数据进行读写，即利用mmap函数。
  例如：用户想要从磁盘上读取8192个字节的数据，首先把这8192个字节的数据拷贝到内存，作为page cache（方便以后快速读写操作），用户进程可以通过指针操作直接读写page cache，不再需要系统调用和内存拷贝。
• 一个文件可能被多个进程通过mmap映射后访问并修改，根据所做的修改是否对其他进程可见，mmap可分为共享映射和私有映射两种。
• 共享映射：修改对所有进程可见，也就是说，如果进程A修改了其中某个page上的数据，进程B之后读取这个page得到的就是修改后的内容。有共享就有竞态（race condition），mmap本身并没有提供互斥机制，需要调用者在使用的过程中自己加锁。
• 私有映射：进程A的修改对进程B是不可见的，都是同一份数据，这是如何做到的呢？这里利用的是 Copy On Write(COW)机制。当进程A试图修改某个page上的数据时，内核会将这个page的内容拷贝一份，之后A的写操作实际是在这个拷贝的page上进行的（进程A中对应这个page的页表项也需要被修改，以指向新拷贝的page），这样进程B看到的这个page还是原来未经改动的。这种修改只会存在于内存中，不会同步到外部的磁盘文件上（事实上也没法同步，因为不同进程所做的修改是不同的）。私有文件映射最典型的应用就是进程对动态链接库（比如libc.so）的使用。

mmap函数

函数原型：

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

• 其中fd, offset和length都是用来描述要映射的文件区域的，fd是文件描述符，对于匿名映射，fd应该是-1（如果是通过打开/dev/zero这个特殊的文件来创建匿名映射，则它也是有不为-1的正常fd值的）。offset是文件中映射的起始位置，length是映射的长度。如果访问了超出映射的区域，则有可能触发SIGSEGV异常(segmentation fault)。（对于这个异常如何触发在参考链接中给了详细的介绍）。
• prot是protection的意思，表示的是对内存映射区域的保护，包括PROT_READ（可读），PROT_WRITE（可写）和PROT_EXEC（可执行）。还有一个很特殊的PROT_NONE，就是既不可读也不可写更不可执行，啥操作都不可以，那映射出来干吗？
  注：prot属性是可以通过mprotect()动态修改的（mprotect并不局限于操作由mmap映射的内存区域，它可以操作任意区域的内存）
• flags用于指定映射是基于文件的还是匿名（MAP_ANONYMOUS）的，是共享的（MAP_SHARED）还是私有的（MAP_PRIVATE）。
• addr用于指定映射到的VMA的起始地址，这个地址也必须按page size对齐。映射是由内核完成的，但进程可以通过addr参数建议一个它认为的最佳地址（没有这种要求就设置addr为NULL），毕竟进程最了解它自身的应用场景嘛。

参考

以上内容都是从这两个博客中摘的，里边写的很详细，好理解，想要更进一步了解的可看：

• Linux中的mmap映射（一）
• Linux中的mmap映射（二）
• Linux内存管理 (9)mmap(补充) 这篇写的也很好，可以加深理解。