内存映射详细介绍

目录

一、相关概念

二、代码样例

三、与 Direct IO 的不同

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一、相关概念

        内存映射是一种常见的操作系统技术，它允许程序将磁盘文件映射到进程的地址空间中，从而使得程序可以像访问内存一样访问文件。这种技术可以极大地简化文件的读写操作，并且可以提高程序的性能。

        内存映射是通过将磁盘文件映射到进程的地址空间中来实现的。在这种方式下，操作系统会将文件的某个区域映射到进程的虚拟地址空间中，从而使得程序可以直接访问这个区域的数据。

        在 Linux 系统中，内存映射是通过调用 mmap() 函数来实现的。这个函数的原型如下：

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
/*
addr：指定映射的起始地址。如果为 NULL，则由操作系统自动选择一个地址。

length：指定映射的长度。

prot：指定映射区域的保护方式。可以是以下几种值的组合：
    PROT_READ：可读。
    PROT_WRITE：可写。
    PROT_EXEC：可执行。

flags：指定映射区域的标志。可以是以下几种值的组合：
    MAP_SHARED：与其他进程共享映射区域。
    MAP_PRIVATE：不与其他进程共享映射区域。
    MAP_FIXED：指定映射区域的起始地址。如果指定了这个标志，则 addr 参数必须为非 NULL。
    MAP_ANONYMOUS：不映射任何文件，而是映射一段匿名的内存区域。

fd：指定要映射的文件描述符。

offset：指定要映射的文件的偏移量。
*/

二、代码样例

         下面代码的作用是读取一个文件的内容，并将其输出到屏幕上。然后，它将文件的内容修改为 "Hello, world!"，并将修改后的内容写回到磁盘中。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char *argv[]) {
    int fd;
    char *addr;
    struct stat sb;

    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s \n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    fd = open(argv[1], O_RDWR);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (fstat(fd, &sb) == -1) {
        perror("fstat");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    addr = mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (addr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("The file content is: %s\n", addr);

    strcpy(addr, "Hello, world!");

    if (msync(addr, sb.st_size, MS_SYNC) == -1) {
        perror("msync");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (munmap(addr, sb.st_size) == -1) {
        perror("munmap");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    close(fd);

    return 0;
}

三、与 Direct IO 的不同

        内存映射和 Direct IO 都是用来提高文件读写性能的技术，但它们之间有一些不同。

        首先，内存映射是将文件映射到进程的地址空间中，而 Direct IO 是直接使用文件描述符进行读写操作。因此，内存映射可以充分利用虚拟内存系统的优势，而 Direct IO 则可以避免缓存的影响。

        其次，内存映射可以实现文件的共享访问，而 Direct IO 则不行。这是因为 Direct IO 会绕过文件系统缓存，而文件系统缓存是用来实现文件共享访问的。

        最后在内存映射中，修改过的数据会被缓存在内存中，并不会立即写回到磁盘中。如果需要将数据写回到磁盘中，可以使用 msync() 函数或者 munmap() 函数来实现。而 Direct IO 是可以直接将数据写入磁盘的。