mmap函数_Linux内存映射mmap原理分析

一直都对内存映射文件这个概念很模糊，不知道它和虚拟内存有什么区别，而且映射这个词也很让人迷茫，今天终于搞清楚了。。。下面，我先解释一下我对映射这个词的理解，再区分一下几个容易混淆的概念，之后，什么是内存映射就很明朗了。

原理

首先，“映射”这个词，就和数学课上说的“一一映射”是一个意思，就是建立一种一一对应关系，在这里主要是只硬盘上文件的位置与进程逻辑地址空间中一块大小相同的区域之间的一一对应，如图1中过程1所示。这种对应关系纯属是逻辑上的概念，物理上是不存在的，原因是进程的逻辑地址空间本身就是不存在的。在内存映射的过程中，并没有实际的数据拷贝，文件没有被载入内存，只是逻辑上被放入了内存，具体到代码，就是建立并初始化了相关的数据结构（struct address_space），这个过程有系统调用mmap()实现，所以建立内存映射的效率很高。

既然建立内存映射没有进行实际的数据拷贝，那么进程又怎么能最终直接通过内存操作访问到硬盘上的文件呢？那就要看内存映射之后的几个相关的过程了。

mmap()会返回一个指针ptr，它指向进程逻辑地址空间中的一个地址，这样以后，进程无需再调用read或write对文件进行读写，而只需要通过ptr就能够操作文件。但是ptr所指向的是一个逻辑地址，要操作其中的数据，必须通过MMU将逻辑地址转换成物理地址，如图1中过程2所示。这个过程与内存映射无关。

前面讲过，建立内存映射并没有实际拷贝数据，这时，MMU在地址映射表中是无法找到与ptr相对应的物理地址的，也就是MMU失败，将产生一个缺页中断，缺页中断的中断响应函数会在swap中寻找相对应的页面，如果找不到（也就是该文件从来没有被读入内存的情况），则会通过mmap()建立的映射关系，从硬盘上将文件读取到物理内存中，如图1中过程3所示。这个过程与内存映射无关。

如果在拷贝数据时，发现物理内存不够用，则会通过虚拟内存机制（swap）将暂时不用的物理页面交换到硬盘上，如图1中过程4所示。这个过程也与内存映射无关。

效率

从代码层面上看，从硬盘上将文件读入内存，都要经过文件系统进行数据拷贝，并且数据拷贝操作是由文件系统和硬件驱动实现的，理论上来说，拷贝数据的效率是一样的。但是通过内存映射的方法访问硬盘上的文件，效率要比read和write系统调用高，这是为什么呢？原因是read()是系统调用，其中进行了数据拷贝，它首先将文件内容从硬盘拷贝到内核空间的一个缓冲区，如图2中过程1，然后再将这些数据拷贝到用户空间，如图2中过程2，在这个过程中，实际上完成了两次数据拷贝；

而mmap()也是系统调用，如前所述，mmap()中没有进行数据拷贝，真正的数据拷贝是在缺页中断处理时进行的，由于mmap()将文件直接映射到用户空间，所以中断处理函数根据这个映射关系，直接将文件从硬盘拷贝到用户空间，只进行了一次数据拷贝。因此，内存映射的效率要比read/write效率高。

下面这个程序，通过read和mmap两种方法分别对硬盘上一个名为“mmap_test”的文件进行操作，文件中存有10000个整数，程序两次使用不同的方法将它们读出，加1，再写回硬盘。通过对比可以看出，read消耗的时间将近是mmap的两到三倍。

WR );
if( sizeof(int)*MAX != read( fd, (void *)array, sizeof(int)*MAX ) )
{
printf( "Reading data failed.../n" );
return -1;
}
for( i=0; i<MAX; ++i )++array[ i ];
if( sizeof(int)*MAX != write( fd, (void *)array, sizeof(int)*MAX ) )
{
printf( "Writing data failed.../n" );
return -1;
}
free( array );
close( fd );
gettimeofday( &tv2, NULL );
printf( "Time of read/write: %dms/n", tv2.tv_usec-tv1.tv_usec );/*mmap*/gettimeofday( &tv1, NULL );
fd = open( "mmap_test", O_RDWR );
array = mmap( NULL, sizeof(int)*MAX, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0 );
for( i=0; i<MAX; ++i )++array[ i ];
munmap( array, sizeof(int)*MAX );
msync( array, sizeof(int)*MAX, MS_SYNC );
free( array );
close( fd );
gettimeofday( &tv2, NULL );
printf( "Time of mmap: %dms/n", tv2.tv_usec-tv1.tv_usec );return 0;
}

输出结果：

Time of read/write: 154ms
Time of mmap: 68ms

mmap函数_Linux内存映射mmap原理分析相关推荐

iOS之深入解析文件内存映射MMAP
一.常规文件操作常规文件操作(read/write)有以下重要步骤: 进程发起读文件请求: 内核通过查找进程文件符表,定位到内核已打开文件集上的文件信息,从而找到此文件的 inode: inode ...
内存映射MMAP和DMA【转】
转自:http://blog.csdn.net/zhoudengqing/article/details/41654293 版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载. 这一章介绍Linux内 ...
linux mmap 内存映射 mmap() vs read()/write()/lseek()
From: http://www.perfgeeks.com/?p=723 通过strace统计系统调用的时候,经常可以看到mmap()与mmap2().系统调用mmap()可以将某文件映射至内存(进 ...
进程间通信(IPC)之内存映射mmap和共享内存shm
一.共享内存shm 1 概念:多个进程的地址空间都映射到同一块物理内存,这样多个进程都能看到这块物理内存,实现进程间通信,而且不需要数据的拷贝,所以速度最快. 二.内存映射mmap 1 前言:先介绍一 ...
Java基础：JavaNIO 之内存映射文件原理
1. 前言最近研究Java中内存映射I/O.Java类库中的NIO中的内存映射文件MappedByteBuffer,相对于Java I/O是一个新的功能.特把适合用于处理大文件,在对大文件处理的时候 ...
Binder跨进程通信原理（二）：内存映射mmap原理分析
一直都对内存映射文件这个概念很模糊,不知道它和虚拟内存有什么区别,而且映射这个词也很让人迷茫,今天终于搞清楚了...下面,我先解释一下我对映射这个词的理解,再区分一下几个容易混淆的概念,之后,什么是内 ...
Linux内存映射mmap原理分析
来自:Joe James 链接:https://blog.csdn.net/joejames/article/details/37958017 一直都对内存映射文件这个概念很模糊,不知道它和虚拟内存有 ...
[转载]linux内存映射mmap原理分析
转自:http://blog.csdn.net/yusiguyuan/article/details/23388771 内存映射,简而言之就是将用户空间的一段内存区域映射到内核空间,映射成功后,用户对 ...
内存映射mmap函数的理解
定义: mmap,从函数名就可以看出来这是memory map, 即地址的映射, 是一种内存映射文件的方法. mmap:将一个文件或者其它对象映射到进程的地址空间,实现文件磁盘地址和进程虚拟地址空间中 ...

mmap函数_Linux内存映射mmap原理分析

原理

效率

mmap函数_Linux内存映射mmap原理分析相关推荐

最新文章

热门文章