一直都對記憶體對映檔案這個概念很模糊，不知道它和虛擬記憶體有什麼區別，而且對映這個詞也很讓人迷茫，今天終於搞清楚了。。。下面，我先解釋一下我對對映這個詞的理解，再區分一下幾個容易混淆的概念，之後，什麼是記憶體對映就很明朗了。

原理

首先，“對映”這個詞，就和數學課上說的“一一對映”是一個意思，就是建立一種一一對應關係，在這裡主要是隻 硬碟上檔案 的位置與程序 邏輯地址空間 中一塊大小相同的區域之間的一一對應，如圖1中過程1所示。這種對應關係純屬是邏輯上的概念，物理上是不存在的，原因是程序的邏輯地址空間本身就是不存在的。在記憶體對映的過程中，並沒有實際的資料複製，檔案沒有被載入記憶體，只是邏輯上被放入了記憶體，具體到程式碼，就是建立並初始化了相關的資料結構（struct address_space），這個過程有系統呼叫mmap（）實現，所以建立記憶體對映的效率很高。

既然建立記憶體對映沒有進行實際的資料複製，那麼程序又怎麼能最終直接透過記憶體操作訪問到硬碟上的檔案呢？那就要看記憶體對映之後的幾個相關的過程了。

mmap（）會返回一個指標ptr，它指向程序邏輯地址空間中的一個地址，這樣以後，程序無需再呼叫read或write對檔案進行讀寫，而只需要透過ptr就能夠操作檔案。但是ptr所指向的是一個邏輯地址，要操作其中的資料，必須透過MMU將邏輯地址轉換成物理地址，如圖1中過程2所示。這個過程與記憶體對映無關。

前面講過，建立記憶體對映並沒有實際複製資料，這時，MMU在地址對映表中是無法找到與ptr相對應的物理地址的，也就是MMU失敗，將產生一個缺頁中斷，缺頁中斷的中斷響應函式會在swap中尋找相對應的頁面，如果找不到（也就是該檔案從來沒有被讀入記憶體的情況），則會透過mmap（）建立的對映關係，從硬碟上將檔案讀取到物理記憶體中，如圖1中過程3所示。這個過程與記憶體對映無關。

如果在複製資料時，發現物理記憶體不夠用，則會透過虛擬記憶體機制（swap）將暫時不用的物理頁面交換到硬碟上，如圖1中過程4所示。這個過程也與記憶體對映無關。

效率

從程式碼層面上看，從硬碟上將檔案讀入記憶體，都要經過檔案系統進行資料複製，並且資料複製操作是由檔案系統和硬體驅動實現的，理論上來說，複製資料的效率是一樣的。但是透過記憶體對映的方法訪問硬碟上的檔案，效率要比read和write系統呼叫高，這是為什麼呢？原因是read（）是系統呼叫，其中進行了資料複製，它首先將檔案內容從硬碟複製到核心空間的一個緩衝區，如圖2中過程1，然後再將這些資料複製到使用者空間，如圖2中過程2，在這個過程中，實際上完成了 兩次資料複製 ；

而mmap（）也是系統呼叫，如前所述，mmap（）中沒有進行資料複製，真正的資料複製是在缺頁中斷處理時進行的，由於mmap（）將檔案直接對映到使用者空間，所以中斷處理函式根據這個對映關係，直接將檔案從硬碟複製到使用者空間，只進行了 一次資料複製 。因此，記憶體對映的效率要比read/write效率高。

下面這個程式，透過read和mmap兩種方法分別對硬碟上一個名為“mmap_test”的檔案進行操作，檔案中存有10000個整數，程式兩次使用不同的方法將它們讀出，加1，再寫回硬碟。透過對比可以看出，read消耗的時間將近是mmap的兩到三倍。

WR ）；

if（ sizeof（int）*MAX ！= read（ fd， （void *）array， sizeof（int）*MAX ） ）

{

printf（ “Reading data failed。。。/n” ）；

return -1；

}

for（ i=0； i

++array［ i ］；

if（ sizeof（int）*MAX ！= write（ fd， （void *）array， sizeof（int）*MAX ） ）

{

printf（ “Writing data failed。。。/n” ）；

return -1；

}

free（ array ）；

close（ fd ）；

gettimeofday（ &tv2， NULL ）；

printf（ “Time of read/write： %dms/n”， tv2。tv_usec-tv1。tv_usec ）；

/*mmap*/

gettimeofday（ &tv1， NULL ）；

fd = open（ “mmap_test”， O_RDWR ）；

array = mmap（ NULL， sizeof（int）*MAX， PROT_READ|PROT_WRITE， MAP_SHARED， fd， 0 ）；

for（ i=0； i

++array［ i ］；

munmap（ array， sizeof（int）*MAX ）；

msync（ array， sizeof（int）*MAX， MS_SYNC ）；

free（ array ）；

close（ fd ）；

gettimeofday（ &tv2， NULL ）；

printf（ “Time of mmap： %dms/n”， tv2。tv_usec-tv1。tv_usec ）；

return 0；

}

輸出結果：

Time of read/write： 154ms

Time of mmap： 68ms