MMap

  1. mmap 是什么?
    本質是一種進程虛擬內存映射的方法,可以將一個文件、一段物理內存或其他對象映射到進程的虛擬內存地址空間。實現這樣的映射關系后,進程就可以采用指針的方式來讀寫操作這一段內存,進而完成對文件的操作,而不必再調用 read/write 等系統調用函數了。

  2. 為什么對于大文件而言 mmap 的效率要高于 read/write?
    調用 read/write 進行的常規的文件系統操作中,函數的調用過程:

  • 進程發起讀文件請求。
  • 內核通過查找進程文件符表,定位到內核已打開文件集上的文件信息,從而找到此文件的 inode。
  • inode 在 address_space 上查找要請求的文件頁是否已經緩存在頁緩存中。如果存在,則直接返回這片文件頁的內容。
  • 如果不存在,則通過 inode 定位到文件磁盤地址,將數據從磁盤復制到頁緩存。之后再次發起讀頁面過程,進而將頁緩存中的數據發給用戶進程。

    所以,總結來說,常規的文件操作為了提高讀寫效率和保護磁盤,使用了頁緩存機制。這樣造成讀文件時需要先將文件頁從磁盤拷貝到頁緩存中,由于頁緩存處在內核空間,不能被用戶進程直接尋址,所以還需要將頁緩存中數據頁再次拷貝到內存對應的用戶空間中。這樣,通過了兩次數據拷貝過程,才能完成進程對文件內容的獲取任務。寫操作也是一樣,待寫入的 Buffer 在內核空間不能直接訪問,必須要先拷貝至內核空間對應的主存,再寫回磁盤中(延遲寫回),也是需要兩次數據拷貝。

而使用 mmap 進行的文件操作中,首先會創建新的虛擬內存區域與文件磁盤地址之間的映射關系,在之后數據訪問中,如果發現內存中并無相應的數據,則發起缺頁異常,通過已經建立好的映射關系,只使用一次數據拷貝就將數據從磁盤中拷貝到用戶空間中,供用戶態進程使用。

參考

  1. Linux 操作系統原理 — mmap() 進程虛擬內存映射
  2. Linux內存映射mmap原理分析
  3. [原創] 深入剖析mmap原理 - 從三個關鍵問題說起
  4. mmap原理之詳解
  5. mmap機制初探
  6. 理解inode
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