Linux 内核之 mmap 内存映射的原理及源码解析

在Linux中，mmap是一种内存映射文件的方法，它将一个文件或其他对象的内容映射到进程的地址空间。这种方法可以用来读取、写入文件，或者分配内存。

mmap的核心是创建一个虚拟地址到物理内存之间的映射。这样可以保证在不涉及磁盘I/O的情况下，进程可以直接通过虚拟地址访问数据。

以下是mmap的一个简单用法示例：

#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    lseek(fd, 1024, SEEK_SET);  // 确保文件有足够大的空间
    write(fd, "A", 1);  // 写入一个字符，确保文件不为空
 
    char *p = mmap(NULL, 1, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (p == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    *p = 'B';  // 通过内存映射修改文件内容
 
    munmap(p, 1);  // 取消内存映射
    close(fd);  // 关闭文件描述符
    return 0;
}

在这个例子中，我们首先创建或打开一个文件，然后使用mmap函数将文件的前两个字节映射到内存中。之后，我们通过修改内存中的值来修改文件内容。最后，我们取消内存映射并关闭文件。

源码解析部分将涉及到mmap系统调用的实现细节，包括如何处理用户空间和内核空间的内存分配，以及如何处理文件锁和缓存的一致性等问题。由于这部分内容较为复杂且涉及到多个子系统，我们将不深入到每一行代码的实现细节。但是，我们可以提供一个高层次的视图，说明mmap系统调用是如何与内核中的内存管理和文件系统子系统交互的。