Linux黑科技｜mmap实现详解

详细介绍

故事的开始是这样的，某天在脉脉上看到有人发了下面的帖子：

mmap 原理

在之前的文章中，我们也介绍过 mmap 的原理，比如这篇：《原来 mmap 这么简单》。当然这篇文章只是简单介绍了 mmap 的原理，但是 mmap 的实现远不止那么简单，这是因为 mmap 涉及多个子系统，如：内存管理、文件系统、中断处理等。

好消息是，这几个子系统我们都有对应的文章介绍过：

• 内存管理：《Linux虚拟内存空间管理》
• 文件系统：《 什么是页缓存》
• 中断处理：《Linux中断处理》

在阅读本文前，最好复习一下上面的文章。

虽然在《原来 mmap 这么简单》一文中，我们简单介绍过 mmap 的原理。但为了方便分析源码，下面还是简单回顾一下 mmap 的原理吧。

mmap 的全称是 memory map，中文意思是 内存映射。其用途是将文件映射到内存中，然后可以通过对映射区的内存进行读写操作，其效果等同于对文件进行读写操作。

下面我们通过一幅图来对 mmap 的原理进行阐述：

从上图可以看出，mmap 的原理就是将虚拟内存空间映射到文件的页缓存，在《什么是页缓存》一文中可知，对文件进行读写时需要经过页缓存进行中转的。所以当虚拟内存地址映射到文件的页缓存后，就可以直接通过读写映射区内存来对文件进行读写操作。

mmap 实现

在分析 mmap 的实现前，最好先了解其使用方式，mmap 的使用可以参考《原来 mmap 这么简单》这篇文章。

1. 文件映射

当我们使用 mmap() 系统调用对文件进行映射时，将会触发调用 do_mmap_pgoff() 内核函数来完成工作，我们来看看 do_mmap_pgoff() 函数的实现（经过精简后）：

unsigned long
do_mmap_pgoff(struct file *file, unsigned long addr, 
              unsigned long len, unsigned long prot, 
              unsigned long flags, unsigned long pgoff)
{
    ...
    // 1. 获取一个未被使用的虚拟内存区
    addr = get_unmapped_area(file, addr, len, pgoff, flags);
    if (addr & ~PAGE_MASK)
        return addr;

    ...
    // 2. 调用 mmap_region() 函数继续进行映射操作
    return mmap_region(file, addr, len, flags, vm_flags, pgoff, accountable);
}

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