linux系统编程——文件IO——文件映射

1. 什么是文件映射

将文件加载到页缓存，并将页缓存映射到用户虚拟空间，让应用程序直接访问页缓存。

2. api

       void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
                  int fd, off_t offset);
       int munmap(void *addr, size_t length);

@addr : 多传NULL，给内核提建议
@length :
@prot : 内存保护方式，PROT_READ PROT_WRITE PROT_EXEC
@flags : 映射类型
MAP_FIXED : 要求将addr作为必要条件，若无法映射则返回错误。
MAP_PRIVATE : 不与其他进程共享映射，采用 copy-on-write 操作方式。因此此进程在内存上的修改不会反映在实际文件或其他进程映射中
MAP_SHARED : 与其他进程共享此映射，写映射等效于写文件。
你必须指定 MAP_SHARED 或 MAP_PRIVATED

3. 页对齐

页缓存的基本单位是页大小，所以 映射的起始地址必须在页大小的整数倍上（addr + offset）。
且映射的页面大小为页的整数倍，所以len若不足一个页面，则额外字节补0，且写额外字节不会影响文件。只有len个字节会被写回到文件。

4. mmap的优缺点

相对于 read write 有优点：

• 读写时，避免read write在应用空间的副本
• 写页面不会陷入内核，所以无上下文切换和系统调用开销
• 能实现多进程共享
• 查找映射文件，只需要指针操作，避免lseek

缺点：

• 内存映射是页面大小的整数倍，若小文件则浪费空间
• 内存映射必须放入进程虚拟地址空间，若使用32bit空间，内存映射非常大时，会导致地址空间碎裂，从而很难找到连续的大型可用空间。在64bit上极少出现这种问题
• 创建和维护内存映射以及内核内部相关数据结构是要付出代价的。此开销通常会和双重副本开销相抵，尤其是对大型及频繁被访问的文件而言。

总结：
映射大型文件（浪费的空间占整个映射相当小的比例）或文件映射的大小为页面的大小的整数倍（无浪费空间），则可以从mmap的优点获得好处

5. 如何获得页大小

5.1 sysconf

long sysconf(int name);

sysconf是获得页大小的POSIX方法。用于获得系统特有信息。
name为配置项的值，若name无效则返回-1。
获得页大小：

long page_size = sysconf(_SC_PAGESIZE);

5.2 getpagesize()

int getpagesize(void);

linux提供 getpagesize返回页大小

5.3 PAGE_SIZE

页大小被静态定义在 PAGE_SIZE宏（<asm/page.h>）

int page_size = PAGE_SIZE;

由于未来内核可能不会导出宏到用户空间，所以不应该使用宏，sysconf是最好方法。

6. 写回

页缓存被写后，成了脏页，那什么时候写回呢？
和普通的write写回情况一样：要么内存用完了，被释放。要么时间阈值到了。
若想立即写回需要 msync

int msync(void *addr, size_t len, int flags);

flags:
MS_ASYNC : 异步化指定写回操作。即调用msync后立即返回，但会等会进行写回操作
MS_SYNC : 同步化指定写回操作。即msync将不会返回，直到写回完成。
通常使用 MS_ASYNC即可