Linux操作系统中的内存映射

内存映射 在 Linux操作系统中与高效的跨进程通信 & 文件操作息息相关。

定义

关联 进程中的1个虚拟内存区域 & 1个磁盘上的对象，使得二者存在映射关系
被映射的对象称为：共享对象（普通文件 / 匿名文件）

作用

若存在上述映射关系，则具备以下特征：

在多个进程的虚拟内存区域 已和同1个共享对象 建立映射关系的前提下，若 其中1个进程对该虚拟区域进行写操作，那么，对于 也把该共享对象映射到其自身虚拟内存区域的进程 也是可见的

假设进程1、2的虚拟内存区域同时映射到同1个共享对象；
当进程1对其虚拟内存区域进行写操作时，也会映射到进程2中的虚拟内存区域

如下所示：

实现过程

内存映射的实现过程主要是通过Linux系统下的系统调用函数：mmap（）
该函数的作用 = 创建虚拟内存区域 + 与共享对象建立映射关系
其函数原型、具体使用 & 内部流程 如下:

/**
  * 函数原型
  */
void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

/**
  * 具体使用（用户进程调用mmap（））
  * 下述代码即常见了一片大小 = MAP_SIZE的接收缓存区 & 关联到共享对象中（即建立映射）
  */
  mmap(NULL, MAP_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);

/**
  * 内部原理
  * 步骤1：创建虚拟内存区域
  * 步骤2：实现地址映射关系，即：进程的虚拟地址空间 ->> 共享对象
  * 注： 
  *    a. 此时，该虚拟地址并没有任何数据关联到文件中，仅仅只是建立映射关系
  *    b. 当其中1个进程对虚拟内存写入数据时，则真正实现了数据的可见
  */

作者：Carson_Ho
链接：https://www.jianshu.com/p/719fc4758813
來源：简书
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特点

• 提高数据的读、写 & 传输的时间性能
• 减少了数据拷贝次数
• 用户空间 & 内核空间的高效交互（通过映射的区域 直接交互）
• 用内存读写 代替 I/O读写
• 提高内存利用率：通过虚拟内存 & 共享对象

应用场景

在Linux系统下，根据内存映射的本质原理 & 特点，其应用场景在于：

实现内存共享：如 跨进程通信
提高数据读 / 写效率 ：如 文件读 / 写操作

实例讲解

文件读 / 写操作

传统的Linux系统文件操作流程如下

使用了内存映射的 文件读 / 写 操作

跨进程通信

传统的跨进程通信

使用了内存映射的 跨进程通信