前言

mmap在日常開發(fā)中偶爾會遇到的一個關(guān)鍵詞，最常用到的場景是MMKV，其次用到的是日志打印。雖然都已經(jīng)被封裝好，但也需要了解下mmap的基本原理和過程。

正文

進程是App運行的基本單位，進程之間相對獨立。iOS系統(tǒng)中App運行的內(nèi)存空間地址是虛擬空間地址，存儲數(shù)據(jù)是在各自的沙盒。
當我們在App中去讀寫沙盒中的文件時，我們會使用NSFileManager去查找文件，然后可以使用NSData去加載二進制數(shù)據(jù)。文件操作的更底層實現(xiàn)過程，是使用linux的read()、write()函數(shù)直接操作文件句柄（也叫文件描述符、fd）。
在操作系統(tǒng)層面，當App讀取一個文件時，實際是有兩步：先將文件從磁盤讀取到物理內(nèi)存，再從系統(tǒng)空間拷貝到用戶空間（可以認為是復制到系統(tǒng)給App統(tǒng)一分配的內(nèi)存）。
iOS系統(tǒng)使用頁緩存機制，通過MMU（Memory Management Unit）將虛擬內(nèi)存地址和物理地址進行映射，并且由于進程的地址空間和系統(tǒng)的地址空間不一樣，所以還需要多一次拷貝。

而mmap將磁盤上文件的地址信息與進程用的虛擬邏輯地址進行映射，建立映射的過程與普通的內(nèi)存讀取不同：正常的是將文件拷貝到內(nèi)存，mmap只是建立映射而不會將文件加載到內(nèi)存中。
這樣做的注意事項：

• 1、犧牲較大的虛擬內(nèi)存，映射區(qū)域有多大就需要虛擬內(nèi)存有多大；（故而太大的文件不適合映射整個文件，32位虛擬內(nèi)存最大是4GB，可以只映射部分）
• 2、因為映射有額外的性能消耗，所以適用于頻繁讀操作的場景；（單次使用的場景不建議使用）
• 3、因為每次操作內(nèi)存會同步到磁盤，所以不適用于移動磁盤或者網(wǎng)絡(luò)磁盤上的文件；
• 4、變長文件不適用；

iOS中的mmap

以官網(wǎng)的demo為例，其他的代碼很簡明直接，核心就在于mmap函數(shù)。

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

*outDataPtr = mmap(NULL,
                   size,
                   PROT_READ|PROT_WRITE,
                   MAP_FILE|MAP_SHARED,
                   fileDescriptor,
                   0);

start：映射開始地址，設(shè)置NULL則讓系統(tǒng)決定映射開始地址；
length：映射區(qū)域的長度，單位是Byte；
prot：映射內(nèi)存的保護標志，主要是讀寫相關(guān)，是位運算標志；（記得與下面fd對應句柄打開的設(shè)置一致）
flags：映射類型，通常是文件和共享類型；
fd：文件句柄；
off_toffset：被映射對象的起點偏移；

用官網(wǎng)的代碼做參考，寫了一個讀寫的例子：

#import "ViewController.h"
#import <sys/mman.h>
#import <sys/stat.h>

int MapFile(const char * inPathName, void ** outDataPtr, size_t * outDataLength, size_t appendSize)
{
    int outError;
    int fileDescriptor;
    struct stat statInfo;

    // Return safe values on error.
    outError = 0;
    *outDataPtr = NULL;
    *outDataLength = 0;

    // Open the file.
    fileDescriptor = open( inPathName, O_RDWR, 0 );
    if( fileDescriptor < 0 )
    {
        outError = errno;
    }
    else
    {
        // We now know the file exists. Retrieve the file size.
        if( fstat( fileDescriptor, &statInfo ) != 0 )
        {
            outError = errno;
        }
        else
        {
            ftruncate(fileDescriptor, statInfo.st_size + appendSize);
            fsync(fileDescriptor);
            *outDataPtr = mmap(NULL,
                               statInfo.st_size + appendSize,
                               PROT_READ|PROT_WRITE,
                               MAP_FILE|MAP_SHARED,
                               fileDescriptor,
                               0);
            if( *outDataPtr == MAP_FAILED )
            {
                outError = errno;
            }
            else
            {
                // On success, return the size of the mapped file.
                *outDataLength = statInfo.st_size;
            }
        }

        // Now close the file. The kernel doesn’t use our file descriptor.
        close( fileDescriptor );
    }

    return outError;
}

void ProcessFile(const char * inPathName)
{
    size_t dataLength;
    void * dataPtr;
    char *appendStr = " append_key";
    int appendSize = (int)strlen(appendStr);
    if( MapFile(inPathName, &dataPtr, &dataLength, appendSize) == 0) {
        dataPtr = dataPtr + dataLength;
        memcpy(dataPtr, appendStr, appendSize);
        // Unmap files
        munmap(dataPtr, appendSize + dataLength);
    }
}

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    NSString *path = [NSHomeDirectory() stringByAppendingPathComponent:@"test.data"];
    NSLog(@"path: %@", path);
    NSString *str = @"test str";
    [str writeToFile:path atomically:YES encoding:NSUTF8StringEncoding error:nil];

    ProcessFile(path.UTF8String);
    NSString *result = [NSString stringWithContentsOfFile:path encoding:NSUTF8StringEncoding error:nil];
    NSLog(@"result:%@", result);
}

MMKV和mmap

NSUserDefault是常見的緩存工具，但是數(shù)據(jù)的同步有時會不及時，比如說在crash前保存的值很容易出現(xiàn)保存失敗的情況，在App重新啟動之后讀取不到保存的值。
MMKV很好的解決了NSUserDefault的局限，具體的好處可以見官網(wǎng)。
但是同樣由于其獨特設(shè)計，在數(shù)據(jù)量較大、操作頻繁的場景下，會產(chǎn)生性能問題。
這里的使用給出兩個建議：
1、不要全部用defaultMMKV，根據(jù)業(yè)務大的類型做聚合，避免某一個MMKV數(shù)據(jù)過大，特別是對于某些只會出現(xiàn)一次的新手引導、紅點之類的邏輯，盡可能按業(yè)務聚合，使用多個MMKV的對象；
2、對于需要頻繁讀寫的數(shù)據(jù)，可以在內(nèi)存持有一份數(shù)據(jù)緩存，必要時再更新到MMKV；

NSData與mmap

NSData是我們常用類，有一個靜態(tài)方法和mmap有關(guān)系。

+ (id)dataWithContentsOfFile:(NSString *)path options:(NSDataReadingOptions)readOptionsMask error:(NSError **)errorPtr;
NSDataReadingOptions有一個參數(shù)是NSDataReadingMappedIfSafe。
Mapped的意思是使用mmap，這個ifSafe是什么意思呢？和另外一個參數(shù)NSDataReadingMappedAlways有什么區(qū)別？

先看看這三個參數(shù)具體的意思：
NSDataReadingUncached : 不要緩存，如果該文件只會讀取一次，這個設(shè)置可以提高性能；
NSDataReadingMappedIfSafe : 在保證安全的前提下使用mmap；
NSDataReadingMappedAlways : 使用mmap；

如果使用mmap，則在NSData的生命周期內(nèi)，都不能刪除對應的文件。
如果文件是在固定磁盤，非可移動磁盤、網(wǎng)絡(luò)磁盤，則滿足NSDataReadingMappedIfSafe。對iOS而言，這個NSDataReadingMappedIfSafe=NSDataReadingMappedAlways。

那什么情況下應該用對應的參數(shù)？
如果文件很大，直接使用dataWithContentsOfFile方法，會導致load整個文件，出現(xiàn)內(nèi)存占用過多的情況；此時用NSDataReadingMappedIfSafe，則會使用mmap建立文件映射，減少內(nèi)存的占用。
使用場景舉例——視頻加載，視頻文件通常比較大，但是使用的過程中不會同時讀取整個視頻文件的內(nèi)### 總結(jié)

mmap就是文件的內(nèi)存映射，通常讀取文件是將文件讀取到內(nèi)存，會占用真正的物理內(nèi)存；而mmap是用進程的內(nèi)存虛擬地址空間去映射實際的文件中，這個過程由操作系統(tǒng)處理。mmap不會為文件分配物理內(nèi)存，而是相當于將內(nèi)存地址指向文件的磁盤地址，后續(xù)對這些內(nèi)存進行的讀寫操作，會由操作系統(tǒng)同步到磁盤上的文件。
iOS中使用mmap可以用c方法的mmap()，也可以使用NSData的接口帶上NSDataReadingMappedIfSafe參數(shù)。前者自由度更大，后者用于讀取數(shù)據(jù)。

附錄

mmap蘋果官方文檔
NSDataReadingMappedIfSafe
iOS內(nèi)存映射mmap詳解
linux中的頁緩存和文件IO
從內(nèi)核文件系統(tǒng)看文件讀寫過程
linux內(nèi)存映射mmap原理分析