mmap概述

mmap/munmap接口是用戶空間的最經常使用的一個系統調用接口，不管是在用戶程序中分配內存、讀寫大文件，連接動態庫文件，仍是多進程間共享內存，均可以看到mmap/munmap的身影。mmap/munmap函數聲明以下：

#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);

• addr：用於指定映射到進程空間的起始地址，爲了應用程序的可移植性，通常設置爲NULL，讓內核來選擇一個合適的地址。
• length：表示映射到進程地址空間的大小
• prot：用於設置內核映射區域的讀寫屬性等。
• flags：用於設置內存映射的屬性，例如共享映射、私有映射等。
• fd：表示這個是一個文件映射，fd是打開文件的句柄。
• offset:在文件映射時，表示文件的偏移量。

prot參數一般表示映射頁面的的讀寫權限，能夠有以下參數組合：

• PROT_EXEC：表示映射的頁面是能夠執行的。
• PROT_READ：表示映射的頁面是能夠讀取的。
• PROT_WRITE：表示映射的頁面是能夠寫入的。
• PROT_NONE：表示映射的頁面是不可訪問的。

flags參數也是一個重要的參數，有以下常見的參數：

• MAP_SHARED：建立一個共享映射的區域。多個進程能夠經過共享映射方式來映射一個文件，這樣其餘進程也能夠看到映射內容的改變，修改後的內容會同步到磁盤文件中。
• MAP_PRIVATE：建立一個私有的寫時複製的映射。多個進程能夠經過私有映射的方式來映射一個文件，這樣其餘進程不會看到映射內容的改變，修改後的內容也不會同步到磁盤文件中。
• MAP_ANONYMOUS：建立一個匿名映射，即沒有關聯到文件的映射。
• MAP_FIXED：使用參數addr建立映射，若是內核沒法映射指定地址addr，那麼mmap會返回失敗，參數addr要求按頁對齊。若是addr和length指定的進程地址空間和已有的VMA區域重疊，那麼內核會調用do_munmap()函數把這段重疊區域銷燬，而後從新映射新的內容。
• MAP_POPULATE：對於文件映射來講，會提早預讀文件內容到映射區域，該特性只支持私用映射。

參數fd能夠看出mmap映射是否和文件相關聯，所以Linux內核中映射能夠分爲匿名映射和文件映射。

• 匿名映射：沒有映射對應的相關文件，這種映射的內存區域的內容會被初始化爲0。
• 文件映射：映射和實際文件相關聯，一般是把文件的內容映射到進程地址空間，這樣應用程序就能夠像操做進程地址空間同樣讀寫文件。

最後根據文件關聯性和映射區域是否共享等屬性，又能夠分爲以下4種，見表2.1。

​ mmap映射類型

	映射類型	映射類型
	私有映射	共享映射
匿名映射	私有匿名映射-一般用於內存分配	共享匿名映射-一般用於進程間共享內存
文件映射	私有文件映射-一般用於加載動態庫	共享文件映射-一般用於內存映射IO，進程間通訊

1. 私有匿名映射

當使用參數fd=-1且flags=MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE時，建立的mmap映射是私有匿名映射。私有匿名映射最多見的用途是在glibc分配大塊內存中，當須要的分配的內存大於MMAP_THREASHOLD(128KB)時，glibc會默認使用mmap代替brk來分配內存。

2. 共享匿名映射

當使用參數fd=-1且flags=MAP_ANONYMOUS | MAP_SHARED。在這種狀況下，建立共享匿名映射。共享匿名映射讓相關進程共享一塊內存區域，一般用於父子進程的之間通訊。

建立共享匿名映射有以下兩種方式：

（1）fd=-1且flags= MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED。在這種狀況下，do_mmap_pgoff()->mmap()函數最終調用shmem_zero_setup()來打開一個"/dev/zero"特殊的設備文件。

（2）另一個是直接打開"/dev/zero"設備文件，而後使用這個文件句柄來建立mmap。

3. 私有文件映射

私有文件映射時flags的標誌位被設置爲MAP_PRIVATE，那麼就會建立私有文件映射。

私有文件映射的最經常使用的場景是加載動態共享庫。

4. 共享文件映射

建立文件映射時flags的標誌位被設置爲MAP_SHARED，那麼就會建立共享文件映射。若是prot參數指定了PROT_WRITE，那麼打開文件須要制定O_RDWR標誌位。共享文件映射一般有以下場景：

（1）讀寫文件：

把文件內容映射到進程地址空間，同時對映射的內容作了修改，內核的回寫機制（writeback）最終會把修改的內容同步到磁盤中。

（2）進程間通訊：

進程之間的進程地址空間相互隔離，一個進程不能訪問到另一個進程的地址空間。若是多個進程都同時映射到一個相同的文件，就實現了多進程間的共享內存的通訊。若是一個進程對映射內容作了修改，那麼另外的進程是能夠看到的。