内存映射

内存映射分为文件映射和匿名映射。
文件映射是指代表这个映射的vma对应到一个文件中的某个区域。这种映射方式相对较少被用户态程序显式地使用,用户态程序一般习惯于open一个文件、然后read/write去读写文件。
而实际上,用户程序也可以使用mmap系统调用将一个文件的某个部分映射到内存上(对应到一个vma),然后以访存的方式去读写文件。尽管用户程序较少这样使用,但是用户进程中却充斥着这样的映射:进程正在执行的可执行代码(包括可执行文件、lib库文件)就是以这样的方式被映射的。
在《linux内核文件读写浅析》一文中,我们并没有讨论关于文件映射的实现。实际上,文件映射是将文件的磁盘高速缓存中的页面直接映射到了用户空间(可见,文件映射的页面是磁盘高速缓存页面的子集),用户可以0拷贝地对其进行读写。而使用read/write的话,则会在用户空间的内存和磁盘高速缓存间发生一次拷贝。
匿名映射相对于文件映射,代表这个映射的vma没有对应到文件。对于用户空间普通的内存分配(堆空间、栈空间),都属于匿名映射。
显然,多个进程可能通过各自的文件映射来映射到同一个文件上(比如大多数进程都映射了libc库的so文件);那匿名映射呢?实际上,多个进程也可能通过各自的匿名映射来映射到同一段物理内存上,这就是共享内存的实现。

内存映射(包括文件映射和匿名映射)又分为共享映射和私有映射。私有映射时,如果进程对映射的地址空间进行写操作,则映射对应的磁盘高速缓存(文件映射)或物理内存(匿名映射),并不会直接被写。而是将原有内容复制一份,然后再写这个复制品,并且当前进程的对应页面映射将切换到这个复制品上去(写时复制)。也就是说,写操作是只有自己可见的。而对于共享映射,写操作则是大家都可见的。


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