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    前言

    • 内存映射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

    目录

    示意图


    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)

    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


    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

    5. 应用场景

    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

    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

    • 使用了内存映射的 文件读 / 写 操作

    示意图

    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

    • 使用了内存映射的 跨进程通信

    示意图

    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!


    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,有兴趣可以继续关注Carson_Ho的开发笔记


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