mmap实例及原理分析

Posted on 2015-12-01 11:30:27 os

在unix/linux平台下读写文件，一般有两种方式。第一种是首先open文件，接着使用read系统调用读取文件的全部或一部分。于是内核将文件的内容从磁盘上读取到内核页高速缓冲，再从内核高速缓冲读取到用户进程的地址空间。这么做需要在内核和用户空间之间做四次数据拷贝。而且当多个进程同时读取一个文件时，则每一个进程在自己的地址空间都有这个文件的副本，这样也造成了物理内存的浪费。如下图所示：

第二种方式是使用内存映射的方式。首先open文件，接着调用mmap系统调用，将文件的内容的全部或一部分直接映射到进程的地址空间，映射完成后，进程可以像访问普通内存一样做memcpy等操作，不必再调用read/write等操作。mmap并不分配物理地址空间，它只是会占用进程的虚拟内存空间。而第一种方式则需要进程预先分配好物理内存，内核才能将页高速缓冲中的文件数据拷贝到用户进程指定的内存空间中。

使用第二种方式，当多个进程同时访问读取一个文件时，每个进程都将文件内容在内核中的页高速缓冲映射到自己的地址空间。当第一个进程访问内核中的页缓冲时，进程的机器指令会触发一个缺页中断。内核将文件的这一页数据读入到页高速缓冲，并更新进程的页表，使页表指向内核缓冲中的这个页。之后有其他进程再次访问同一页时，该页已经在内存中，内核只需要将进程的页表登记并指向内核中的页高速缓冲即可。如下图所示：