Linux 内存管理(8)：内存映射
Linux 内存管理(8): 内存映射
上一篇讨论“页页高速缓存中”说过：
read()调用首先把数据从磁盘拷贝到page cache，再从page cache拷贝到用户空间， 发生了两次拷贝。通过内存映射文件（Memory-mapped files)可以避免这个问题。
内存映射
当使用内存映射文件时，内核把程序的虚拟页直接map到page cache。但不是所有内容都 马上从磁盘读取到物理内存中，而是通过 page fault ，在需要的时候才从磁盘读取。
文件映射有两种类型：私有的(private)或者是共享的(shared)，它们的区别只有
在内容被更新时才能体现出来。通过在mmap()系统调用中指定MAP_SHARED标志或者
MAP_PRIVARITE标志来表示不同类型的映射。
如果是共享的，进程对映射中的一个页进行写，则这种 修改对于映射了这同一个文件的所有进程来说都是可见的。
当进程创建的映射只是为读文件，而不是写文件时才会使用似有映射。如果是私有映射， 对内容的更新不会回写到磁盘，其它map此文件的进程也看不到。这是通过写时复制机 制保证的。
共享内存映射的页通常都包含在页高速缓存中，私有内存映射的页只要还没有被修改，也 都包含在页高速缓存中。当进程试图修改一个私有内存映射的页时，内核就把该页框进行 复制，并在进程页表中用复制的页来替换原来的页框。这就是所谓的“写时复制”机制。
下图中的两个进程，reander有读写操作，3dreander只有读，他们都通过私有的方式映射 了文件 scene.dat ：
动态加载的库文件就是通过文件映射映射到进程空间的，一副“全景图”如下：
内存映射的数据结构
内存映射可以用下列数据结构的组合来表示：
- 与所映射的文件相关的inode对象
- 所映射文件的
address_space对象 - 不同进程对一个文件进行不同映射所使用的文件对象
- 对文件进行每一个不同映射所使用的
vm_area_struct描述符 - 对文件进行映射的VMA所分配的每个页框所对应的页描述符
下图说明了这些数据结构是如何链接在一起的：
图中，inode的i_mapping字段指向文件的address_space对象。每个address_space
对象的page_tree字段又指向该地址空间的页的基树(page_tree)，另外i_mmap字段指
向第二课树，即由VMA组成的radix优先级搜索树。参考前文
“页高速缓存”。每个vm_area_struct都有一个vm_file字段，
与所映射的文件对象链接（如果该字段为NULL，则VMA没有用于内存映射）。第一个映射
单元的位置，即以页大小作为单位的偏移量，存放在vm_area_struct中的vm_pgoff字
段，所映射的文件部分的长度就是VMA的大小，通过vm_start和vm_end计算出来。
内存映射最终也是通过“缺页异常”来工作的。事实上，一个新建立的内存映射就是一个不 包含任何页的VMA。当进程引用VMA中的一个地址时，缺页异常发生，缺页异常中断处理程 序检查线性区的nopage方法是否定义。如果没有定义nopage，则说明VMA不映射磁盘上的文 件;否则，进行映射，通过访问块设备处理读取的页。
参考资料：