mmap概述

mmap/munmap接口是用户空间的最常用的一个系统调用接口，无论是在用户程序中分配内存、读写大文件，链接动态库文件，还是多进程间共享内存，都可以看到mmap/munmap的身影。mmap/munmap函数声明如下：

#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：用于指定映射到进程空间的起始地址，为了应用程序的可移植性，一般设置为NULL，让内核来选择一个合适的地址。
• length：表示映射到进程地址空间的大小
• prot：用于设置内核映射区域的读写属性等。
• flags：用于设置内存映射的属性，例如共享映射、私有映射等。
• fd：表示这个是一个文件映射，fd是打开文件的句柄。
• offset:在文件映射时，表示文件的偏移量。

prot参数通常表示映射页面的的读写权限，可以有如下参数组合：

• PROT_EXEC：表示映射的页面是可以执行的。
• PROT_READ：表示映射的页面是可以读取的。
• PROT_WRITE：表示映射的页面是可以写入的。
• PROT_NONE：表示映射的页面是不可访问的。

flags参数也是一个重要的参数，有如下常见的参数：

• MAP_SHARED：创建一个共享映射的区域。多个进程可以通过共享映射方式来映射一个文件，这样其他进程也可以看到映射内容的改变，修改后的内容会同步到磁盘文件中。
• MAP_PRIVATE：创建一个私有的写时复制的映射。多个进程可以通过私有映射的方式来映射一个文件，这样其他进程不会看到映射内容的改变，修改后的内容也不会同步到磁盘文件中。
• MAP_ANONYMOUS：创建一个匿名映射，即没有关联到文件的映射。
• MAP_FIXED：使用参数addr创建映射，如果内核无法映射指定地址addr，那么mmap会返回失败，参数addr要求按页对齐。如果addr和length指定的进程地址空间和已有的VMA区域重叠，那么内核会调用do_munmap()函数把这段重叠区域销毁，然后重新映射新的内容。
• MAP_POPULATE：对于文件映射来说，会提前预读文件内容到映射区域，该特性只支持私用映射。

参数fd可以看出mmap映射是否和文件相关联，因此Linux内核中映射可以分为匿名映射和文件映射。

• 匿名映射：没有映射对应的相关文件，这种映射的内存区域的内容会被初始化为0。
• 文件映射：映射和实际文件相关联，通常是把文件的内容映射到进程地址空间，这样应用程序就可以像操作进程地址空间一样读写文件。

最后根据文件关联性和映射区域是否共享等属性，又可以分为如下4种，见表2.1。

​ mmap映射类型

1. 私有匿名映射

当使用参数fd=-1且flags=MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE时，创建的mmap映射是私有匿名映射。私有匿名映射最常见的用途是在glibc分配大块内存中，当需要的分配的内存大于MMAP_THREASHOLD(128KB)时，glibc会默认使用mmap代替brk来分配内存。

1. 共享匿名映射

当使用参数fd=-1且flags=MAP_ANONYMOUS | MAP_SHARED。在这种情况下，创建共享匿名映射。共享匿名映射让相关进程共享一块内存区域，通常用于父子进程的之间通信。

创建共享匿名映射有如下两种方式：

（1）fd=-1且flags= MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED。在这种情况下，do_mmap_pgoff()->mmap()函数最终调用shmem_zero_setup()来打开一个"/dev/zero"特殊的设备文件。

（2）另外一个是直接打开"/dev/zero"设备文件，然后使用这个文件句柄来创建mmap。

1. 私有文件映射

私有文件映射时flags的标志位被设置为MAP_PRIVATE，那么就会创建私有文件映射。

私有文件映射的最常用的场景是加载动态共享库。

1. 共享文件映射

创建文件映射时flags的标志位被设置为MAP_SHARED，那么就会创建共享文件映射。如果prot参数指定了PROT_WRITE，那么打开文件需要制定O_RDWR标志位。共享文件映射通常有如下场景：

（1）读写文件：

把文件内容映射到进程地址空间，同时对映射的内容做了修改，内核的回写机制（writeback）最终会把修改的内容同步到磁盘中。

（2）进程间通信：

进程之间的进程地址空间相互隔离，一个进程不能访问到另外一个进程的地址空间。如果多个进程都同时映射到一个相同的文件，就实现了多进程间的共享内存的通信。如果一个进程对映射内容做了修改，那么另外的进程是可以看到的。