mmap实现原理

2024-08-31 12:32
文章标签 实现 原理 mmap

本文主要是介绍mmap实现原理，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

转载处    http://blog.csdn.net/joejames/article/details/37958017

觉得写得非常不错，转载一下以作学习

一直都对内存映射文件这个概念很模糊，不知道它和虚拟内存有什么区别，而且映射这个词也很让人迷茫，今天终于搞清楚了。。。下面，我先解释一下我对映射这个词的理解，再区分一下几个容易混淆的概念，之后，什么是内存映射就很明朗了。

 

原理

首先，“映射”这个词，就和数学课上说的“一一映射”是一个意思，就是建立一种一一对应关系，在这里主要是只 硬盘上文件 的位置与进程 逻辑地址空间 中一块大小相同的区域之间的一一对应，如图1中过程1所示。这种对应关系纯属是逻辑上的概念，物理上是不存在的，原因是进程的逻辑地址空间本身就是不存在的。在内存映射的过程中，并没有实际的数据拷贝，文件没有被载入内存，只是逻辑上被放入了内存，具体到代码，就是建立并初始化了相关的数据结构（struct address_space），这个过程有系统调用mmap()实现，所以建立内存映射的效率很高。

 

图1.内存映射原理  

 

既然建立内存映射没有进行实际的数据拷贝，那么进程又怎么能最终直接通过内存操作访问到硬盘上的文件呢？那就要看内存映射之后的几个相关的过程了。

 

mmap()会返回一个指针ptr，它指向进程逻辑地址空间中的一个地址，这样以后，进程无需再调用read或write对文件进行读写，而只需要通过ptr就能够操作文件。但是ptr所指向的是一个逻辑地址，要操作其中的数据，必须通过MMU将逻辑地址转换成物理地址，如图1中过程2所示。这个过程与内存映射无关。

 

前面讲过，建立内存映射并没有实际拷贝数据，这时，MMU在地址映射表中是无法找到与ptr相对应的物理地址的，也就是MMU失败，将产生一个缺页中断，缺页中断的中断响应函数会在swap中寻找相对应的页面，如果找不到（也就是该文件从来没有被读入内存的情况），则会通过mmap()建立的映射关系，从硬盘上将文件读取到物理内存中，如图1中过程3所示。这个过程与内存映射无关。

 

如果在拷贝数据时，发现物理内存不够用，则会通过虚拟内存机制（swap）将暂时不用的物理页面交换到硬盘上，如图1中过程4所示。这个过程也与内存映射无关。

 

效率

 

从代码层面上看，从硬盘上将文件读入内存，都要经过文件系统进行数据拷贝，并且数据拷贝操作是由文件系统和硬件驱动实现的，理论上来说，拷贝数据的效率是一样的。但是通过内存映射的方法访问硬盘上的文件，效率要比read和write系统调用高，这是为什么呢？原因是read()是系统调用，其中进行了数据拷贝，它首先将文件内容从硬盘拷贝到内核空间的一个缓冲区，如图2中过程1，然后再将这些数据拷贝到用户空间，如图2中过程2，在这个过程中，实际上完成了 两次数据拷贝 ；而mmap()也是系统调用，如前所述，mmap()中没有进行数据拷贝，真正的数据拷贝是在缺页中断处理时进行的，由于mmap()将文件直接映射到用户空间，所以中断处理函数根据这个映射关系，直接将文件从硬盘拷贝到用户空间，只进行了 一次数据拷贝 。因此，内存映射的效率要比read/write效率高。

图2.read系统调用原理

 

下面这个程序，通过read和mmap两种方法分别对硬盘上一个名为“mmap_test”的文件进行操作，文件中存有10000个整数，程序两次使用不同的方法将它们读出，加1，再写回硬盘。通过对比可以看出，read消耗的时间将近是mmap的两到三倍。 

[cpp]  view plain copy
在CODE上查看代码片 派生到我的代码片
  1. #include<unistd.h>  
  2. #include<stdio.h>  
  3. #include<stdlib.h>  
  4. #include<string.h>  
  5. #include<sys/types.h>  
  6. #include<sys/stat.h>  
  7. #include<sys/time.h>  
  8. #include<fcntl.h>  
  9. #include<sys/mman.h>  
  10.    
  11. #define MAX 10000  
  12.    
  13. int main()  
  14. {  
  15. int i=0;  
  16. int count=0, fd=0;  
  17. struct timeval tv1, tv2;  
  18. int *array = (int *)malloc( sizeof(int)*MAX );  
  19.    
  20. /*read*/  
  21.    
  22. gettimeofday( &tv1, NULL );  
  23. fd = open( "mmap_test", O_RDWR );  
  24. if( sizeof(int)*MAX != read( fd, (void *)array, sizeof(int)*MAX ) )  
  25. {  
  26. printf( "Reading data failed.../n" );  
  27. return -1;  
  28. }  
  29. for( i=0; i<MAX; ++i )  
  30.    
  31. ++array[ i ];  
  32. if( sizeof(int)*MAX != write( fd, (void *)array, sizeof(int)*MAX ) )  
  33. {  
  34. printf( "Writing data failed.../n" );  
  35. return -1;  
  36. }  
  37. free( array );  
  38. close( fd );  
  39. gettimeofday( &tv2, NULL );  
  40. printf( "Time of read/write: %dms/n", tv2.tv_usec-tv1.tv_usec );  
  41.    
  42. /*mmap*/  
  43.    
  44. gettimeofday( &tv1, NULL );  
  45. fd = open( "mmap_test", O_RDWR );  
  46. array = mmap( NULL, sizeof(int)*MAX, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0 );  
  47. for( i=0; i<MAX; ++i )  
  48.    
  49. ++array[ i ];  
  50. munmap( array, sizeof(int)*MAX );  
  51. msync( array, sizeof(int)*MAX, MS_SYNC );  
  52. free( array );  
  53. close( fd );  
  54. gettimeofday( &tv2, NULL );  
  55. printf( "Time of mmap: %dms/n", tv2.tv_usec-tv1.tv_usec );  
  56.    
  57. return 0;  
  58. }  

输出结果：

Time of read/write: 154ms

Time of mmap: 68ms


这篇关于mmap实现原理的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1123913。

相关文章

hdu1043（八数码问题，广搜 + hash（实现状态压缩） ）

hdu1043（八数码问题，广搜 + hash（实现状态压缩） ）

利用康拓展开将一个排列映射成一个自然数，然后就变成了普通的广搜题。 #include<iostream>#include<algorithm>#include<string>#include<stack>#include<queue>#include<map>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<ctype.h>#inclu
阅读更多...
深入探索协同过滤：从原理到推荐模块案例

深入探索协同过滤：从原理到推荐模块案例

文章目录 前言一、协同过滤1. 基于用户的协同过滤（UserCF）2. 基于物品的协同过滤（ItemCF）3. 相似度计算方法 二、相似度计算方法1. 欧氏距离2. 皮尔逊相关系数3. 杰卡德相似系数4. 余弦相似度 三、推荐模块案例1.基于文章的协同过滤推荐功能2.基于用户的协同过滤推荐功能 前言     在信息过载的时代，推荐系统成为连接用户与内容的桥梁。本文聚焦于
阅读更多...
【C++】_list常用方法解析及模拟实现

【C++】_list常用方法解析及模拟实现

相信自己的力量，只要对自己始终保持信心，尽自己最大努力去完成任何事，就算事情最终结果是失败了，努力了也不留遗憾。💓💓💓 目录   ✨说在前面 🍋知识点一：什么是list？ •🌰1.list的定义 •🌰2.list的基本特性 •🌰3.常用接口介绍 🍋知识点二：list常用接口 •🌰1.默认成员函数 🔥构造函数（⭐） 🔥析构函数 •🌰2.list对象
阅读更多...
【Prometheus】PromQL向量匹配实现不同标签的向量数据进行运算

【Prometheus】PromQL向量匹配实现不同标签的向量数据进行运算

✨✨ 欢迎大家来到景天科技苑✨✨ 🎈🎈 养成好习惯，先赞后看哦~🎈🎈 🏆 作者简介：景天科技苑 🏆《头衔》：大厂架构师，华为云开发者社区专家博主，阿里云开发者社区专家博主，CSDN全栈领域优质创作者，掘金优秀博主，51CTO博客专家等。 🏆《博客》：Python全栈，前后端开发，小程序开发，人工智能，js逆向，App逆向，网络系统安全，数据分析，Django，fastapi
阅读更多...
hdu4407(容斥原理)

hdu4407(容斥原理)

题意：给一串数字1,2，......n，两个操作:1、修改第k个数字，2、查询区间[l,r]中与n互质的数之和。 解题思路：咱一看，像线段树，但是如果用线段树做，那么每个区间一定要记录所有的素因子，这样会超内存。然后我就做不来了。后来看了题解，原来是用容斥原理来做的。还记得这道题目吗？求区间[1,r]中与p互质的数的个数，如果不会的话就先去做那题吧。现在这题是求区间[l,r]中与n互质的数的和
阅读更多...
让树莓派智能语音助手实现定时提醒功能

让树莓派智能语音助手实现定时提醒功能

最初的时候是想直接在rasa 的chatbot上实现，因为rasa本身是带有remindschedule模块的。不过经过一番折腾后，忽然发现，chatbot上实现的定时，语音助手不一定会有响应。因为，我目前语音助手的代码设置了长时间无应答会结束对话，这样一来，chatbot定时提醒的触发就不会被语音助手获悉。那怎么让语音助手也具有定时提醒功能呢？ 我最后选择的方法是用threading.Time
阅读更多...
Android实现任意版本设置默认的锁屏壁纸和桌面壁纸（两张壁纸可不一致）

Android实现任意版本设置默认的锁屏壁纸和桌面壁纸（两张壁纸可不一致）

客户有些需求需要设置默认壁纸和锁屏壁纸  在默认情况下 这两个壁纸是相同的  如果需要默认的锁屏壁纸和桌面壁纸不一样 需要额外修改 Android13实现 替换默认桌面壁纸： 将图片文件替换frameworks/base/core/res/res/drawable-nodpi/default_wallpaper.*  （注意不能是bmp格式） 替换默认锁屏壁纸： 将图片资源放入vendo
阅读更多...
C#实战|大乐透选号器[6]：实现实时显示已选择的红蓝球数量

C#实战|大乐透选号器[6]：实现实时显示已选择的红蓝球数量

哈喽，你好啊，我是雷工。 关于大乐透选号器在前面已经记录了5篇笔记，这是第6篇； 接下来实现实时显示当前选中红球数量，蓝球数量； 以下为练习笔记。 01 效果演示 当选择和取消选择红球或蓝球时，在对应的位置显示实时已选择的红球、蓝球的数量； 02 标签名称 分别设置Label标签名称为：lblRedCount、lblBlueCount
阅读更多...
Kubernetes PodSecurityPolicy：PSP能实现的5种主要安全策略

Kubernetes PodSecurityPolicy：PSP能实现的5种主要安全策略

Kubernetes PodSecurityPolicy：PSP能实现的5种主要安全策略 1. 特权模式限制2. 宿主机资源隔离3. 用户和组管理4. 权限提升控制5. SELinux配置 💖The Begin💖点点关注，收藏不迷路💖 Kubernetes的PodSecurityPolicy（PSP）是一个关键的安全特性，它在Pod创建之前实施安全策略，确保P
阅读更多...
工厂ERP管理系统实现源码（JAVA）

工厂ERP管理系统实现源码（JAVA）

工厂进销存管理系统是一个集采购管理、仓库管理、生产管理和销售管理于一体的综合解决方案。该系统旨在帮助企业优化流程、提高效率、降低成本，并实时掌握各环节的运营状况。 在采购管理方面，系统能够处理采购订单、供应商管理和采购入库等流程，确保采购过程的透明和高效。仓库管理方面，实现库存的精准管理，包括入库、出库、盘点等操作，确保库存数据的准确性和实时性。 生产管理模块则涵盖了生产计划制定、物料需求计划、
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2