前言

• 內(nèi)存映射 在 Linux操作系統(tǒng)中非常重要，因?yàn)槠渖婕暗礁咝У目邕M(jìn)程通信 & 文件操作
• 今天，我將詳細(xì)講解操作系統(tǒng)中核心概念：內(nèi)存映射

目錄

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1. 定義

關(guān)聯(lián) 進(jìn)程中的1個(gè)虛擬內(nèi)存區(qū)域 & 1個(gè)磁盤上的對(duì)象，使得二者存在映射關(guān)系

1. 上述的映射過程 = 初始化該虛擬內(nèi)存區(qū)域
2. 虛擬內(nèi)存區(qū)域被初始化后，就會(huì)在交換空間中換你來還去
3. 被映射的對(duì)象稱為：共享對(duì)象（普通文件 / 匿名文件）

2. 作用

若存在上述映射關(guān)系，則具備以下特征

• 在多個(gè)進(jìn)程的虛擬內(nèi)存區(qū)域 已和同1個(gè)共享對(duì)象 建立映射關(guān)系的前提下
• 若 其中1個(gè)進(jìn)程對(duì)該虛擬區(qū)域進(jìn)行寫操作
• 那么，對(duì)于 也把該共享對(duì)象映射到其自身虛擬內(nèi)存區(qū)域的進(jìn)程 也是可見的

示意圖如下

1. 假設(shè)進(jìn)程1、2的虛擬內(nèi)存區(qū)域同時(shí)映射到同1個(gè)共享對(duì)象；
2. 當(dāng)進(jìn)程1對(duì)其虛擬內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行寫操作時(shí)，也會(huì)映射到進(jìn)程2中的虛擬內(nèi)存區(qū)域

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3. 實(shí)現(xiàn)過程

• 內(nèi)存映射的實(shí)現(xiàn)過程主要是通過Linux系統(tǒng)下的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)：mmap（）
• 該函數(shù)的作用 = 創(chuàng)建虛擬內(nèi)存區(qū)域 + 與共享對(duì)象建立映射關(guān)系
• 其函數(shù)原型、具體使用 & 內(nèi)部流程 如下

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

/**
  * 具體使用（用戶進(jìn)程調(diào)用mmap（））
  * 下述代碼即常見了一片大小 = MAP_SIZE的接收緩存區(qū) & 關(guān)聯(lián)到共享對(duì)象中（即建立映射）
  */
  mmap(NULL, MAP_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);

/**
  * 內(nèi)部原理
  * 步驟1：創(chuàng)建虛擬內(nèi)存區(qū)域
  * 步驟2：實(shí)現(xiàn)地址映射關(guān)系，即：進(jìn)程的虛擬地址空間 ->> 共享對(duì)象
  * 注： 
  *    a. 此時(shí)，該虛擬地址并沒有任何數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到文件中，僅僅只是建立映射關(guān)系
  *    b. 當(dāng)其中1個(gè)進(jìn)程對(duì)虛擬內(nèi)存寫入數(shù)據(jù)時(shí)，則真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可見
  */

4. 特點(diǎn)

• 提高數(shù)據(jù)的讀、寫 & 傳輸?shù)臅r(shí)間性能
  1. 減少了數(shù)據(jù)拷貝次數(shù)
  2. 用戶空間 & 內(nèi)核空間的高效交互（通過映射的區(qū)域 直接交互）
  3. 用內(nèi)存讀寫 代替 I/O讀寫
• 提高內(nèi)存利用率：通過虛擬內(nèi)存 & 共享對(duì)象

5. 應(yīng)用場(chǎng)景

在Linux系統(tǒng)下，根據(jù)內(nèi)存映射的本質(zhì)原理 & 特點(diǎn)，其應(yīng)用場(chǎng)景在于：

1. 實(shí)現(xiàn)內(nèi)存共享：如 跨進(jìn)程通信
2. 提高數(shù)據(jù)讀 / 寫效率 ：如 文件讀 / 寫操作

6. 實(shí)例講解

下面，我將詳細(xì)講解 內(nèi)存映射應(yīng)用在跨進(jìn)程通信 & 文件操作的實(shí)例

6.1 文件讀 / 寫操作

• 傳統(tǒng)的Linux系統(tǒng)文件操作流程如下

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• 使用了內(nèi)存映射的 文件讀 / 寫 操作

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從上面可看出：使用了內(nèi)存映射的文件讀/寫 操作方式效率更加高、性能最好！

6.2 跨進(jìn)程通信

• 傳統(tǒng)的跨進(jìn)程通信

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• 使用了內(nèi)存映射的 跨進(jìn)程通信

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從上面可看出：使用了內(nèi)存映射的跨進(jìn)程通信 效率最高、性能最好！

7. 總結(jié)

• 以上即是全面講解了 Linux操作系統(tǒng)中的內(nèi)存映射