內(nèi)存映射，簡而言之就是將用戶空間的一段內(nèi)存區(qū)域映射到內(nèi)核空間，映射成功后，用戶對這段內(nèi)存區(qū)域的修改可以直接反映到內(nèi)核空間，同樣，內(nèi)核空間對這段區(qū)域的修改也直接反映用戶空間。那么對于內(nèi)核空間<---->用戶空間兩者之間需要大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞯脑捫适欠浅８叩摹?/p>

以下是一個把普遍文件映射到用戶空間的內(nèi)存區(qū)域的示意圖。

圖一：

二、基本函數(shù)

mmap函數(shù)是unix/linux下的系統(tǒng)調(diào)用，詳細內(nèi)容可參考《Unix Netword programming》卷二12.2節(jié)。

mmap系統(tǒng)調(diào)用并不是完全為了用于共享內(nèi)存而設(shè)計的。它本身提供了不同于一般對普通文件的訪問方式，進程可以像讀寫內(nèi)存一樣對普通文件的操作。而Posix或系統(tǒng)V的共享內(nèi)存IPC則純粹用于共享目的，當(dāng)然mmap()實現(xiàn)共享內(nèi)存也是其主要應(yīng)用之一。

mmap系統(tǒng)調(diào)用使得進程之間通過映射同一個普通文件實現(xiàn)共享內(nèi)存。普通文件被映射到進程地址空間后，進程可以像訪問普通內(nèi)存一樣對文件進行訪問，不必再調(diào)用read()，write（）等操作。mmap并不分配空間, 只是將文件映射到調(diào)用進程的地址空間里（但是會占掉你的 virutal memory）, 然后你就可以用memcpy等操作寫文件, 而不用write()了.寫完后，內(nèi)存中的內(nèi)容并不會立即更新到文件中，而是有一段時間的延遲，你可以調(diào)用msync()來顯式同步一下, 這樣你所寫的內(nèi)容就能立即保存到文件里了.這點應(yīng)該和驅(qū)動相關(guān)。 不過通過mmap來寫文件這種方式?jīng)]辦法增加文件的長度, 因為要映射的長度在調(diào)用mmap()的時候就決定了.如果想取消內(nèi)存映射，可以調(diào)用munmap()來取消內(nèi)存映射

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

mmap用于把文件映射到內(nèi)存空間中，簡單說mmap就是把一個文件的內(nèi)容在內(nèi)存里面做一個映像。映射成功后，用戶對這段內(nèi)存區(qū)域的修改可以直接反映到內(nèi)核空間，同樣，內(nèi)核空間對這段區(qū)域的修改也直接反映用戶空間。那么對于內(nèi)核空間<---->用戶空間兩者之間需要大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞯脑捫适欠浅８叩摹?/p>

原理

首先，“映射”這個詞，就和數(shù)學(xué)課上說的“一一映射”是一個意思，就是建立一種一一對應(yīng)關(guān)系，在這里主要是只?硬盤上文件?的位置與進程?邏輯地址空間?中一塊大小相同的區(qū)域之間的一一對應(yīng)，如圖1中過程1所示。這種對應(yīng)關(guān)系純屬是邏輯上的概念，物理上是不存在的，原因是進程的邏輯地址空間本身就是不存在的。在內(nèi)存映射的過程中，并沒有實際的數(shù)據(jù)拷貝，文件沒有被載入內(nèi)存，只是邏輯上被放入了內(nèi)存，具體到代碼，就是建立并初始化了相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（struct?address_space），這個過程有系統(tǒng)調(diào)用mmap()實現(xiàn)，所以建立內(nèi)存映射的效率很高。

圖1.內(nèi)存映射原理??

既然建立內(nèi)存映射沒有進行實際的數(shù)據(jù)拷貝，那么進程又怎么能最終直接通過內(nèi)存操作訪問到硬盤上的文件呢？那就要看內(nèi)存映射之后的幾個相關(guān)的過程了。

mmap()會返回一個指針ptr，它指向進程邏輯地址空間中的一個地址，這樣以后，進程無需再調(diào)用read或write對文件進行讀寫，而只需要通過ptr就能夠操作文件。但是ptr所指向的是一個邏輯地址，要操作其中的數(shù)據(jù)，必須通過MMU將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址，如圖1中過程2所示。這個過程與內(nèi)存映射無關(guān)。

前面講過，建立內(nèi)存映射并沒有實際拷貝數(shù)據(jù)，這時，MMU在地址映射表中是無法找到與ptr相對應(yīng)的物理地址的，也就是MMU失敗，將產(chǎn)生一個缺頁中斷，缺頁中斷的中斷響應(yīng)函數(shù)會在swap中尋找相對應(yīng)的頁面，如果找不到（也就是該文件從來沒有被讀入內(nèi)存的情況），則會通過mmap()建立的映射關(guān)系，從硬盤上將文件讀取到物理內(nèi)存中，如圖1中過程3所示。這個過程與內(nèi)存映射無關(guān)。

如果在拷貝數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)物理內(nèi)存不夠用，則會通過虛擬內(nèi)存機制（swap）將暫時不用的物理頁面交換到硬盤上，如圖1中過程4所示。這個過程也與內(nèi)存映射無關(guān)。

效率

從代碼層面上看，從硬盤上將文件讀入內(nèi)存，都要經(jīng)過文件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)拷貝，并且數(shù)據(jù)拷貝操作是由文件系統(tǒng)和硬件驅(qū)動實現(xiàn)的，理論上來說，拷貝數(shù)據(jù)的效率是一樣的。但是通過內(nèi)存映射的方法訪問硬盤上的文件，效率要比read和write系統(tǒng)調(diào)用高，這是為什么呢？原因是read()是系統(tǒng)調(diào)用，其中進行了數(shù)據(jù)拷貝，它首先將文件內(nèi)容從硬盤拷貝到內(nèi)核空間的一個緩沖區(qū)，如圖2中過程1，然后再將這些數(shù)據(jù)拷貝到用戶空間，如圖2中過程2，在這個過程中，實際上完成了?兩次數(shù)據(jù)拷貝?；而mmap()也是系統(tǒng)調(diào)用，如前所述，mmap()中沒有進行數(shù)據(jù)拷貝，真正的數(shù)據(jù)拷貝是在缺頁中斷處理時進行的，由于mmap()將文件直接映射到用戶空間，所以中斷處理函數(shù)根據(jù)這個映射關(guān)系，直接將文件從硬盤拷貝到用戶空間，只進行了?一次數(shù)據(jù)拷貝?。因此，內(nèi)存映射的效率要比read/write效率高。

圖2.read系統(tǒng)調(diào)用原理