mmap記憶體對映原理

mmap記憶體對映的實現過程，總的來說可以分為三個階段：

（一）程序啟動對映過程，並在虛擬位址空間中為對映建立虛擬對映區域

1、程序在使用者空間呼叫庫函式mmap，原型：void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

2、在當前程序的虛擬位址空間中，尋找一段空閒的滿足要求的連續的虛擬位址

3、為此虛擬區分配乙個vm_area_struct結構，接著對這個結構的各個域進行了初始化

4、將新建的虛擬區結構（vm_area_struct）插入程序的虛擬位址區域鍊錶或樹中

（二）呼叫核心空間的系統呼叫函式mmap（不同於使用者空間函式），實現檔案實體地址和程序虛擬位址的一一對映關係

5、為對映分配了新的虛擬位址區域後，通過待對映的檔案指標，在檔案描述符表中找到對應的檔案描述符，通過檔案描述符，鏈結到核心「已開啟檔案集」中該檔案的檔案結構體（struct file），每個檔案結構體維護著和這個已開啟檔案相關各項資訊。

6、通過該檔案的檔案結構體，鏈結到file_operations模組，呼叫核心函式mmap，其原型為：int mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)，不同於使用者空間庫函式。

7、核心mmap函式通過虛擬檔案系統inode模組定位到檔案磁碟實體地址。

8、通過remap_pfn_range函式建立頁表，即實現了檔案位址和虛擬位址區域的對映關係。此時，這片虛擬位址並沒有任何資料關聯到主存中。

（三）程序發起對這片對映空間的訪問，引發缺頁異常，實現檔案內容到物理記憶體（主存）的拷貝

9、程序的讀或寫操作訪問虛擬位址空間這一段對映位址，通過查詢頁表，發現這一段位址並不在物理頁面上。因為目前只建立了位址對映，真正的硬碟資料還沒有拷貝到記憶體中，因此引發缺頁異常。

10、缺頁異常進行一系列判斷，確定無非法操作後，核心發起請求調頁過程。

11、調頁過程先在交換快取空間（swap cache）中尋找需要訪問的記憶體頁，如果沒有則呼叫nopage函式把所缺的頁從磁碟裝入到主存中。

12、之後程序即可對這片主存進行讀或者寫的操作，如果寫操作改變了其內容，一定時間後系統會自動回寫髒頁面到對應磁碟位址，也即完成了寫入到檔案的過程。

注：修改過的髒頁面並不會立即更新回檔案中，而是有一段時間的延遲，可以呼叫msync()來強制同步, 這樣所寫的內容就能立即儲存到檔案裡了。

參考：