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Linux作為一款自由開源的操作系統(tǒng)，其性能和穩(wěn)定性備受贊譽，被廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域。其中，mmap()系統(tǒng)調(diào)用是Linux有名的一大特色，它允許用戶進程通過建立虛擬內(nèi)存映射來訪問文件或設(shè)備，實現(xiàn)了一個銜接內(nèi)存的方法，將磁盤上的文件映射到進程地址空間，提高了文件的訪問效率。而mmap64的出現(xiàn)，更是解決了32位平臺無法支持大內(nèi)存訪問的問題。本文將。
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一、linux mmap64的概念和原理
1.1 概念
mmap64是由32位機器到64位機器轉(zhuǎn)換時，操作系統(tǒng)為保持兼容，新增的一個系統(tǒng)調(diào)用。與mmap()函數(shù)相比，主要區(qū)別在于支持對大內(nèi)存的訪問。mmap()函數(shù)在32位機器上只能映射2GB左右大小的內(nèi)存，而mmap64則能夠在64位機器上支持對更大內(nèi)存的訪問。因此，它在處理大型文件時非常有用。
1.2 原理
mmap64調(diào)用原理跟mmap調(diào)用基本一樣，但其在創(chuàng)建映射時會將offset參數(shù)左移32位，以支持64位地址指針。
mmap64的調(diào)用格式為：
“`
void *mmap64(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off64_t offset);
“`
其中,
– addr：映射區(qū)的開始地址
– length：映射區(qū)的長度
– prot：映射區(qū)域的保護方式
– flags：映射區(qū)域的類型和其他屬性
– fd：打開文件的文件描述符 fd。
– offset：被映射內(nèi)存的起始偏移量，單位為字節(jié)。
二、Linux mmap64的應(yīng)用
2.1 mmap64用于內(nèi)存映射文件
mmap64支持通過共享內(nèi)存與IPC通信，但更常見的應(yīng)用是內(nèi)存映射文件。mmap64可以將一個文件（或設(shè)備）映射到用戶空間的一段內(nèi)存中，所有對這片內(nèi)存的讀寫操作都將直接對文件進行，而不需要使用read()/write()等系統(tǒng)調(diào)用。
2.2 mmap64用于大文件讀寫操作
mmap64還可以用于大文件的讀寫操作。相比一次讀取大文件到內(nèi)存中，使用mmap64將文件映射到內(nèi)存中，可以避免內(nèi)存不足的情況發(fā)生。同時，尤其適用于通過多進程方式訪問同一個文件的情景。由于多進程共享一個文件映射，不需要復(fù)制整個文件，而是共享同一個內(nèi)存區(qū)域，避免了復(fù)制的時間和性能開銷。這種方法在多進程之間較為常見。
2.3 mmap64用于動態(tài)內(nèi)存管理
mmap64還可以用在動態(tài)內(nèi)存管理中。mmap64系統(tǒng)調(diào)用也可以用于確定內(nèi)存的起始地址。mmap64返回的地址使用后可以通過munmap移除，從而使做大過程變得更加靈活。此外，雖然mmap()無法動態(tài)地調(diào)整映射的長度，但通過使用mremap()，我們可以以原址為中心，調(diào)整區(qū)域大小。
三、Linux mmap64實際使用中需要注意的事項
3.1 地址保護權(quán)限
mmap64將文件映射到內(nèi)存中，需設(shè)置訪問該內(nèi)存的權(quán)限，如果內(nèi)存可寫，那么文件也可寫；如果是只讀的，文件只能讀取。
3.2 對文件的訪問方式
mmap64常常被用于大型磁盤文件的高效讀寫。然而，需要注意的是，使用mmap時，對于頻繁更改的文件，如日志文件、數(shù)據(jù)庫文件等，如果不適當?shù)厥褂胢map，將會對磁盤空間產(chǎn)生很大的壓力。所以，對于頻繁修改文件的應(yīng)用，應(yīng)盡量避免使用mmap。
3.3 應(yīng)防止野指針
使用mmap64函數(shù)映射一個文件時，注意內(nèi)存塊是否要求清空，否則可能會引發(fā)安全性問題。這時需要注意讓系統(tǒng)保證這段內(nèi)存避免產(chǎn)生野指針。
四、Linux mmap64
可以出，Linux mmap64作為一項重要的內(nèi)存映射技術(shù)，是在Linux系統(tǒng)下開發(fā)軟件的不可或缺的一項技能。mmap64可以用于內(nèi)存和磁盤之間進行高效率的交換數(shù)據(jù)；通過mmap64可以更好的集成磁盤訪問和內(nèi)存訪問；在操作大文件時提供了更好的支持等等。Linux mmap64不僅可以用于文件的內(nèi)存映射，還能夠通過設(shè)置內(nèi)存的保護以實現(xiàn)內(nèi)存管理，對多進程共享內(nèi)存等使用都非常方便。合理地使用mmap64將顯著改善軟件的計算性能。在Linux平臺下，若能熟練地掌握mmap64的使用方法，并且結(jié)合各類應(yīng)用場景，將會使代碼的效率更加卓越。
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探討一下 Linux 共享內(nèi)存的 N 種方式
關(guān)于 Linux 共享內(nèi)存，寫得更好的應(yīng)該是宋寶華的 《世上更好的共享內(nèi)存》 一文。
本文可以說是對這篇文章的學(xué)習筆記，順手練習了一下 rust libc —— shichaoyuan/learn_rust/linux-shmipc-demo
按照宋寶華的總結(jié)，當前有四種主流的共享內(nèi)存方式：
前兩種方式比較符合傳統(tǒng)的用法，共享內(nèi)侍碧存做為進程間通信的媒介。
第三種方式更像是通過傳遞內(nèi)存“句柄”進行數(shù)據(jù)傳輸。
第四種方式是為設(shè)備間傳遞數(shù)據(jù)設(shè)計，避免內(nèi)存拷貝，直接傳遞內(nèi)存“句柄”。
這里嘗試了一下第二種和第三種方式。
這套 API 應(yīng)該是最檔缺普遍的 —— shm_open + mmap，本質(zhì)上來說 Aeron 也是用的這種方式（關(guān)于 Aeron 可以參考 我之前的文章 ）。
看一下 glibc 中 shm_open 函數(shù)的實現(xiàn)就一清二楚了：
shm_open 函數(shù)就是在 /dev/shm 目錄下建文件，該目錄掛載為 tmpfs，至于 tmpfs 可以簡單理解為存儲介質(zhì)是內(nèi)存的一種文件系統(tǒng)，更準確的理解可以參考官方文檔 tmpfs.txt 。
然后通過 mmap 函數(shù)將 tmpfs 文件映射到用戶空間就可以隨意操作了。
優(yōu)點：
這種方式更大的優(yōu)勢在于共享的內(nèi)存是有“實體”（也就是 tmpfs 中的文件）的，所以多個進程可以很容易通過文件名這個信息構(gòu)建共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)，特別適合把共享內(nèi)存做為通信媒介的場景（例如 Aeron ）。
缺點：
如果非要找一個缺點的話，可能是，文件本身獨立于進程的生命周期，在使用完畢后需要注意刪除文件（僅僅行談辯 close 是不行的），否則會一直占用內(nèi)存資源。
memfd_create 函數(shù)的作用是創(chuàng)建一個匿名的文件，返回對應(yīng)的 fd，這個文件當然不普通，它存活在內(nèi)存中。更準確的理解可以參考官方文檔 memfd_create(2) 。
直觀理解，memfd_create 與 shm_open 的作用是一樣的，都是創(chuàng)建共享內(nèi)存實體，只是 memfd_create 創(chuàng)建的實體是匿名的，這就帶了一個問題：如何讓其它進程獲取到匿名的實體？shm_open 方式有具體的文件名，所以可以通過打開文件的方式獲取，那么對于匿名的文件怎么處理呢？
答案是：通過 Unix Domain Socket 傳遞 fd。
rust 的 UDS 實現(xiàn)：
rust 在 std 中已經(jīng)提供了 UDS 的實現(xiàn)，但是關(guān)于傳遞 fd 的 send_vectored_with_ancillary 函數(shù)還屬于 nightly-only experimental API 階段。所以這里使用了一個三方 crate —— sendfd ，坦白說可以自己實現(xiàn)一下，使用 libc 構(gòu)建好 SCM_RIGHTS 數(shù)據(jù)，sendmsg 出去即可，不過細節(jié)還是挺多，我這里就放棄了。
這套 API 設(shè)計更靈活，直接拓展了我的思路，本來還是受限于 Aeron 的用法，如果在這套 API 的加持下，是否可以通過傳遞數(shù)據(jù)包內(nèi)存塊（fd）真正實現(xiàn)零拷貝呢？
優(yōu)點：
靈活。
缺點：
無
linux mmap64的介紹就聊到這里吧，感謝你花時間閱讀本站內(nèi)容，更多關(guān)于linux mmap64,深入探究Linux mmap64的實現(xiàn)及應(yīng)用,探討一下 Linux 共享內(nèi)存的 N 種方式的信息別忘了在本站進行查找喔。
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