怎樣解析Mmap原理和使用方式

這篇文章將為大家詳細講解有關(guān)怎樣解析Mmap原理和使用方式，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關(guān)知識有一定的了解。

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一、傳統(tǒng)的讀寫文件

一般來說，修改一個文件的內(nèi)容需要如下3個步驟：

• 把文件內(nèi)容讀入到內(nèi)存中。

• 修改內(nèi)存中的內(nèi)容。

• 把內(nèi)存的數(shù)據(jù)寫入到文件中。

過程如圖 1 所示：

如果使用代碼來實現(xiàn)上面的過程，代碼如下：

read(fd, buf, 1024);  // 讀取文件的內(nèi)容到buf ...                   // 修改buf的內(nèi)容 write(fd, buf, 1024); // 把buf的內(nèi)容寫入到文件

從圖 1 中可以看出，頁緩存(page cache) 是讀寫文件時的中間層，內(nèi)核使用 頁緩存 與文件的數(shù)據(jù)塊關(guān)聯(lián)起來。所以應(yīng)用程序讀寫文件時，實際操作的是  頁緩存。

二、使用 mmap 讀寫文件

從傳統(tǒng)讀寫文件的過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)有個地方可以優(yōu)化：如果可以直接在用戶空間讀寫 頁緩存，那么就可以免去將 頁緩存  的數(shù)據(jù)復(fù)制到用戶空間緩沖區(qū)的過程。

那么，有沒有這樣的技術(shù)能實現(xiàn)上面所說的方式呢?答案是肯定的，就是 mmap。

使用 mmap 系統(tǒng)調(diào)用可以將用戶空間的虛擬內(nèi)存地址與文件進行映射(綁定)，對映射后的虛擬內(nèi)存地址進行讀寫操作就如同對文件進行讀寫操作一樣。原理如圖 2  所示：

前面我們介紹過，讀寫文件都需要經(jīng)過 頁緩存，所以 mmap 映射的正是文件的 頁緩存，而非磁盤中的文件本身。由于 mmap 映射的是文件的  頁緩存，所以就涉及到同步的問題，即 頁緩存 會在什么時候把數(shù)據(jù)同步到磁盤。

Linux 內(nèi)核并不會主動把 mmap 映射的 頁緩存 同步到磁盤，而是需要用戶主動觸發(fā)。同步 mmap 映射的內(nèi)存到磁盤有 4 個時機：

• 調(diào)用 msync 函數(shù)主動進行數(shù)據(jù)同步(主動)。

• 調(diào)用 munmap 函數(shù)對文件進行解除映射關(guān)系時(主動)。

• 進程退出時(被動)。

• 系統(tǒng)關(guān)機時(被動)。

三、mmap的使用方式

下面我們介紹一下怎么使用 mmap，mmap 函數(shù)的原型如下：

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

下面介紹一下 mmap 函數(shù)的各個參數(shù)作用：

• addr：指定映射的虛擬內(nèi)存地址，可以設(shè)置為 NULL，讓 Linux 內(nèi)核自動選擇合適的虛擬內(nèi)存地址。

• length：映射的長度。

• prot：映射內(nèi)存的保護模式，可選值如下：

• PROT_EXEC：可以被執(zhí)行。

• PROT_READ：可以被讀取。

• PROT_WRITE：可以被寫入。

• PROT_NONE：不可訪問。

• flags：指定映射的類型，常用的可選值如下：

• MAP_FIXED：使用指定的起始虛擬內(nèi)存地址進行映射。

• MAP_SHARED：與其它所有映射到這個文件的進程共享映射空間(可實現(xiàn)共享內(nèi)存)。

• MAP_PRIVATE：建立一個寫時復(fù)制(Copy on Write)的私有映射空間。

• MAP_LOCKED：鎖定映射區(qū)的頁面，從而防止頁面被交換出內(nèi)存。

• ...

• fd：進行映射的文件句柄。

• offset：文件偏移量(從文件的何處開始映射)。

介紹完 mmap 函數(shù)的原型后，我們現(xiàn)在通過一個簡單的例子介紹怎么使用 mmap：

int fd = open(filepath, O_RDWR, 0644);                           // 打開文件 void *addr = mmap(NULL, 8192, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 4096); // 對文件進行映射

在上面例子中，我們先通過 open 函數(shù)以可讀寫的方式打開文件，然后通過 mmap 函數(shù)對文件進行映射，映射的方式如下：

• addr 參數(shù)設(shè)置為 NULL，表示讓操作系統(tǒng)自動選擇合適的虛擬內(nèi)存地址進行映射。

• length 參數(shù)設(shè)置為 8192 表示映射的區(qū)域為 2 個內(nèi)存頁的大小(一個內(nèi)存頁的大小為 4 KB)。

• prot 參數(shù)設(shè)置為 PROT_WRITE 表示映射的內(nèi)存區(qū)為可讀寫。

• flags 參數(shù)設(shè)置為 MAP_SHARED 表示共享映射區(qū)。

• fd 參數(shù)設(shè)置打開的文件句柄。

• offset 參數(shù)設(shè)置為 4096 表示從文件的 4096 處開始映射。

mmap 函數(shù)會返回映射后的內(nèi)存地址，我們可以通過此內(nèi)存地址對文件進行讀寫操作。我們通過圖 3 展示上面例子在內(nèi)核中的結(jié)構(gòu)：

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標(biāo)題來源：http://bm7419.com/article12/pssogc.html

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