操作系统：图文详解神秘的”内存映射“

╰+攻爆jí腚メ 2022-03-18 03:24 148阅读 0赞

# 前言 #

*  **内存映射** 在 `Linux`操作系统中非常重要，因为其涉及到高效的跨进程通信 & 文件操作
 *  今天，我将详细讲解操作系统中核心概念：**内存映射**

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# 目录 #

![示意图][aHR0cHM6Ly9pbWdjb252ZXJ0LmNzZG5pbWcuY24vYUhSMGNEb3ZMM1Z3Ykc5aFpDMXBiV0ZuWlhNdWFtbGhibk5vZFM1cGJ5OTFjR3h2WVdSZmFXMWhaMlZ6THprME5ETTJOUzFoTW1Wa05EWXlOREF4WXpZd01EUmlMbkJ1Wnc]

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# 1. 定义 #

关联 进程中的1个虚拟内存区域 & 1个磁盘上的对象，使得二者存在映射关系

> 1.  上述的映射过程 = 初始化该虚拟内存区域
> 2.  虚拟内存区域被初始化后，就会在交换空间中换你来还去
> 3.  被映射的对象称为：共享对象（普通文件 / 匿名文件）

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# 2. 作用 #

若存在上述映射关系，则具备以下特征

*  在多个进程的虚拟内存区域 已和同1个共享对象 建立映射关系的前提下
 *  若 其中1个进程对该虚拟区域进行写操作
 *  那么，对于 也把该共享对象映射到其自身虚拟内存区域的进程 也是可见的

> 示意图如下

1.  假设进程1、2的虚拟内存区域同时映射到同1个共享对象；
2.  当进程1对其虚拟内存区域进行写操作时，也会映射到进程2中的虚拟内存区域

![示意图][aHR0cHM6Ly9pbWdjb252ZXJ0LmNzZG5pbWcuY24vYUhSMGNEb3ZMM1Z3Ykc5aFpDMXBiV0ZuWlhNdWFtbGhibk5vZFM1cGJ5OTFjR3h2WVdSZmFXMWhaMlZ6THprME5ETTJOUzFrTldFeU1HUTNZelpqTVRabFlXUTFMbkJ1Wnc]

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# 3. 实现过程 #

*  内存映射的实现过程主要是通过`Linux`系统下的系统调用函数：`mmap（）`
 *  该函数的作用 = 创建虚拟内存区域 + 与共享对象建立映射关系
 *  其函数原型、具体使用 & 内部流程 如下

/**
      * 函数原型
      */
    void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
    
    /**
      * 具体使用（用户进程调用mmap（））
      * 下述代码即常见了一片大小 = MAP_SIZE的接收缓存区 & 关联到共享对象中（即建立映射）
      */
      mmap(NULL, MAP_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    
    /**
      * 内部原理
      * 步骤1：创建虚拟内存区域
      * 步骤2：实现地址映射关系，即：进程的虚拟地址空间 ->> 共享对象
      * 注： 
      *    a. 此时，该虚拟地址并没有任何数据关联到文件中，仅仅只是建立映射关系
      *    b. 当其中1个进程对虚拟内存写入数据时，则真正实现了数据的可见
      */

# 4. 特点 #

*  提高数据的读、写 & 传输的时间性能
    
    1.  减少了数据拷贝次数
    2.  用户空间 & 内核空间的高效交互（通过映射的区域 直接交互）
    3.  用内存读写 代替 I/O读写
 *  提高内存利用率：通过虚拟内存 & 共享对象

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# 5. 应用场景 #

在`Linux`系统下，根据内存映射的本质原理 & 特点，其应用场景在于：

1.  实现内存共享：如 跨进程通信
2.  提高数据读 / 写效率 ：如 文件读 / 写操作

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# 6. 实例讲解 #

下面，我将详细讲解 内存映射应用在跨进程通信 & 文件操作的实例

### 6.1 文件读 / 写操作 ###

*  传统的`Linux`系统文件操作流程如下

![示意图][aHR0cHM6Ly9pbWdjb252ZXJ0LmNzZG5pbWcuY24vYUhSMGNEb3ZMM1Z3Ykc5aFpDMXBiV0ZuWlhNdWFtbGhibk5vZFM1cGJ5OTFjR3h2WVdSZmFXMWhaMlZ6THprME5ETTJOUzFqTWpZd05XWTNZbUkzT1dJd09EWTFMbkJ1Wnc]

*  使用了内存映射的 文件读 / 写 操作

![示意图][aHR0cHM6Ly9pbWdjb252ZXJ0LmNzZG5pbWcuY24vYUhSMGNEb3ZMM1Z3Ykc5aFpDMXBiV0ZuWlhNdWFtbGhibk5vZFM1cGJ5OTFjR3h2WVdSZmFXMWhaMlZ6THprME5ETTJOUzAzWmpCak5tTXlNMkppTTJReFkySTVMbkJ1Wnc]

从上面可看出：使用了内存映射的文件读/写 操作方式效率更加高、性能最好！

### 6.2 跨进程通信 ###

*  传统的跨进程通信

![示意图][aHR0cHM6Ly9pbWdjb252ZXJ0LmNzZG5pbWcuY24vYUhSMGNEb3ZMM1Z3Ykc5aFpDMXBiV0ZuWlhNdWFtbGhibk5vZFM1cGJ5OTFjR3h2WVdSZmFXMWhaMlZ6THprME5ETTJOUzFrTTJReE5UZzVOV1ZpT1dFMU9HVTJMbkJ1Wnc]

*  使用了内存映射的 跨进程通信

![示意图][aHR0cHM6Ly9pbWdjb252ZXJ0LmNzZG5pbWcuY24vYUhSMGNEb3ZMM1Z3Ykc5aFpDMXBiV0ZuWlhNdWFtbGhibk5vZFM1cGJ5OTFjR3h2WVdSZmFXMWhaMlZ6THprME5ETTJOUzFrWmpKaE0yTmlOVFExWTJJMU9XVmhMbkJ1Wnc]

从上面可看出：使用了内存映射的跨进程通信 效率最高、性能最好！

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# 7. 总结 #

*  本文全面讲解了 `Linux`操作系统中的内存映射
 *  下面我将继续讲解 **编程开发**的基础知识，感兴趣的同学可以继续关注**carson\_ho的微信公众号**  
    ![示意图][aHR0cHM6Ly9pbWdjb252ZXJ0LmNzZG5pbWcuY24vYUhSMGNITTZMeTkxY0d4dllXUXRhVzFoWjJWekxtcHBZVzV6YUhVdWFXOHZkWEJzYjJGa1gybHRZV2RsY3k4NU5EUXpOalV0TlRKa01HTTNNV1JsWldZeU1XSTBZUzV3Ym1j]  
    ![示意图][aHR0cHM6Ly9pbWdjb252ZXJ0LmNzZG5pbWcuY24vYUhSMGNITTZMeTkxY0d4dllXUXRhVzFoWjJWekxtcHBZVzV6YUhVdWFXOHZkWEJzYjJGa1gybHRZV2RsY3k4NU5EUXpOalV0WTJObFpEVTFaR1EwWlRaaE4yWTNZeTV3Ym1j]

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# 请点赞 / 评论点赞！因为你的鼓励是我写作的最大动力！ #

[aHR0cHM6Ly9pbWdjb252ZXJ0LmNzZG5pbWcuY24vYUhSMGNEb3ZMM1Z3Ykc5aFpDMXBiV0ZuWlhNdWFtbGhibk5vZFM1cGJ5OTFjR3h2WVdSZmFXMWhaMlZ6THprME5ETTJOUzFoTW1Wa05EWXlOREF4WXpZd01EUmlMbkJ1Wnc]: /images/20220318/95a9dcb3b2e148d6bd16c25cf1ecbbea.png
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