操作系统中的内存映射与文件映射技术
mmap内核实现原理
mmap内核实现原理一、引言mmap（memory map）是一种内存映射机制，允许进程通过将文件映射到内存中的某个区域，来直接读取或写入文件的内容。
在Linux 内核中，mmap是通过系统调用实现的，它提供了一种高效的方式来处理大文件和共享内存。
二、内存映射的基本原理内存映射的基本原理就是将文件的某个区域映射到进程的虚拟内存空间中，使得进程可以像访问内存一样访问文件。
在内核中，通过建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系，将文件内容读取到内存中。
三、内核中的mmap实现过程1. 用户调用mmap系统调用当用户进程调用mmap系统调用时，会触发内核中的mmap函数。
2. 内核中的mmap函数处理内核中的mmap函数首先会检查参数的合法性，如文件描述符、起始偏移量、映射长度等。
然后，它会创建一个新的vm_area_struct结构体，用于描述虚拟内存区域的属性。
3. 创建虚拟内存区域内核通过调用do_mmap函数来创建虚拟内存区域。
do_mmap函数会分配一块连续的虚拟内存空间，并将其与物理内存建立映射关系。
4. 打开文件并读取内容内核会打开用户指定的文件，并读取文件内容到内存中。
这一步会涉及到文件系统的操作，比如查找文件的inode节点、读取文件内容等。
5. 建立虚拟内存与物理内存的映射关系内核会将虚拟内存区域与物理内存进行映射，使用页表来管理虚拟内存和物理内存之间的映射关系。
页表是操作系统用来管理内存的数据结构，它记录了虚拟内存页和物理内存页的对应关系。
6. 用户进程访问内存一旦虚拟内存与物理内存建立了映射关系，用户进程就可以通过访问虚拟内存来读取或写入文件的内容。
内核会根据虚拟内存的访问权限进行相应的操作，比如读取文件内容到虚拟内存中，或将虚拟内存中的内容写入到文件中。
7. 内存同步当用户进程对内存进行修改时，内核会根据需要将修改的内容同步到文件中。
这可以通过写回缓存、刷新缓存等方式来实现。
四、mmap的优势和应用场景1. 避免了繁琐的read和write系统调用，提高了I/O的效率。
内存映射文件详解-----C++实现
内存映射⽂件详解-----C++实现先不说内存映射⽂件是什么。
贴个代码先，。
#include <iostream>#include <fcntl.h>#include <io.h>#include <afxwin.h>using namespace std;int main(){//开始//获得⽂件句柄HANDLE hFile=CreateFile("c:\\test.dat", //⽂件名GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //对⽂件进⾏读写操作FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE,NULL,OPEN_EXISTING, //打开已存在⽂件FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,0);//返回值size_high,size_low分别表⽰⽂件⼤⼩的⾼32位/低32位DWORD size_low,size_high;size_low= GetFileSize(hFile,&size_high);//创建⽂件的内存映射⽂件。
HANDLE hMapFile=CreateFileMapping(hFile,NULL,PAGE_READWRITE, //对映射⽂件进⾏读写size_high,size_low, //这两个参数共64位，所以⽀持的最⼤⽂件长度为16EBNULL);if(hMapFile==INVALID_HANDLE_VALUE){AfxMessageBox("Can't create file mapping.Error%d:\n", GetLastError());CloseHandle(hFile);return 0;}//把⽂件数据映射到进程的地址空间void* pvFile=MapViewOfFile(hMapFile,FILE_MAP_READ|FILE_MAP_WRITE,0,0,0);unsigned char *p=(unsigned char*)pvFile;//⾄此，就获得了外部⽂件test.dat在内存地址空间的映射，//下⾯就可以⽤指针p"折磨"这个⽂件了CString s;p[size_low-1]='!';p[size_low-2]='X'; //修改该⽂件的最后两个字节(⽂件⼤⼩<4GB⾼32位为0)s.Format("%s",p);//读⽂件的最后3个字节AfxMessageBox(s);//结束//UnmapViewOfFile(pvFile); //撤销映射//CloseHandle(hFile); //关闭⽂件return 0;}忘⼩了说，只要你把这⼏个API函数搞定了，⼀般的内存映射问题就可以解决了。
内存映射文件与共享内存的区别
内存映射文件与共享内存的区别
内存映射文件和共享内存都是用来实现进程间通信的技术，但它们之间存在着
一些重要的区别。
首先，内存映射文件是将一个文件映射到进程的地址空间中，使得整个文件可以像内存一样被访问，而共享内存则是将一段物理内存映射到多个进程的地址空间中，以实现进程间数据的共享。
其次，内存映射文件是一种将文件内容映射到内存的技术，通过将文件映射到
内存中，可以避免频繁的磁盘IO操作，提高访问文件内容的速度。
而共享内存则
是一段物理内存空间，在不同进程中访问共享内存可以实现进程间的数据共享，比如可以通过共享内存传递数据或共享某些资源。
另外，内存映射文件是一种通过对文件进行映射来实现内存访问的技术，对文
件的修改会实时反映到文件中，但内存映射文件不支持对文件进行完全随机的访问和修改。
而共享内存是一种直接访问物理内存的方式，对共享内存的操作会直接影响到进程间的通信。
此外，内存映射文件更适用于对文件进行读写操作，特别是适合大文件的处理，而共享内存更适用于简单的数据共享，比如进程之间传递一些共享的数据结构或缓冲区。
综上所述，内存映射文件和共享内存都是实现进程间通信的方式，但它们在实
现机制、适用场景和操作方式上存在一些区别。
开发者可以根据具体的需求选择合适的技术来实现进程间通信，提高程序的性能和效率。
VC利用内存映射文件处理大文件
0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL); if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) { TRACE("创建文件对象失败,错误代码:%d\r\n", GetLastError()); return; } // 创建文件映射对象 HANDLE hFileMap = CreateFileMapping(hFile, NULL, PAGE_READWRITE, 0, 0, NULL); if (hFileMap == NULL) { TRACE("创建文件映射对象失败,错误代码:%d\r\n", GetLastError()); return; } // 得到系统分配粒度 SYSTEM_INFO SysInfo; GetSystemInfo(&SysInfo); DWORD dwGran = SysInfo.dwAllocationGranularity; // 得到文件尺寸 DWORD dwFileSizeHigh; __int64 qwFileSize = GetFileSize(hFile, &dwFileSizeHigh); qwFileSize |= (((__int64)dwFileSizeHigh) << 32); // 关闭文件对象 CloseHandle(hFile); // 偏移地址 __int64 qwFileOffset = 0; // 块大小 DWORD dwBlockBytes = dwGran; while (qwFileSize > 0) { // 映射视图 if (qwFileSize < dwGran) dwBlockBytes = (DWORD)qwFileSize; LPBYTE lpbMapAddress = (LPBYTE)MapViewOfFile(hFileMap,FILE_MAP_ALL_ACCESS, (DWORD)(qwFileOffset >> 32), (DWORD)(qwFileOffset & 0xFFFFFFFF), dwBlockBytes); if (lpbMapAddress == NULL) { TRACE("映射文件映射失败,错误代码:%d\r\n", GetLastError()); return; } // 对映射的视图进行访问 for(DWORD i = 0; i < dwBlockBytes; i++) {
操作系统的功能和特点
操作系统的功能和特点操作系统（Operating System，简称OS）是计算机系统中的核心软件，它负责管理和控制计算机硬件资源，为用户和应用程序提供一个友好、高效的工作环境。
操作系统具有以下几个主要功能和特点。
一、进程管理功能操作系统通过进程管理功能，实现了对计算机系统中各个进程的调度和控制。
进程是指计算机中正在运行的程序的实例，操作系统负责分配处理器资源，以确保不同程序能够有序地进行执行。
操作系统提供了进程间的通信机制，如管道、消息队列等，以便进程之间能够进行数据的交换和共享。
二、内存管理功能操作系统负责对计算机系统中的内存资源进行管理和调度。
它通过内存管理功能，实现了对内存的分配与回收，以及内存的映射和保护。
操作系统通过虚拟内存技术，将物理内存抽象为逻辑上连续的地址空间，为应用程序提供了更大的内存空间。
三、文件管理功能操作系统通过文件管理功能，提供了对磁盘存储介质上的文件进行组织和管理的能力。
它通过文件系统实现了对文件的存储、检索和更新操作。
操作系统为文件提供了访问权限和保护机制，以保证对文件的安全性和完整性。
四、设备管理功能操作系统负责对计算机系统中的各种设备进行管理和控制。
它通过设备管理功能，实现了对设备的分配与释放，以及对设备的访问和控制。
操作系统提供了设备驱动程序，将设备的复杂性屏蔽，为应用程序提供了统一的设备访问接口。
五、用户界面功能操作系统通过用户界面功能，为用户提供了与计算机系统进行交互的界面。
它可以是命令行界面（如DOS），也可以是图形用户界面（如Windows）。
用户界面使用户能够方便地启动程序、管理文件、进行设置等操作，提高了系统的易用性和可操作性。
操作系统具有以下几个主要特点：一、并发性操作系统能够同时处理多个程序的请求和任务，实现了多道程序的并发执行。
操作系统通过进程调度算法和资源分配策略，使得不同程序能够在统一的硬件平台上共享资源，提高了计算机系统的利用率和效率。
mmap参数说明
mmap参数说明mmap参数说明介绍mmap是一种在内存和文件之间创建映射关系的机制，在Linux系统中被广泛使用。
它可以实现将一个文件或者其他设备映射到进程的地址空间，使得进程可以通过访问内存的方式来读写文件。
本文将介绍mmap的一些常用参数及其说明。
参数列表以下是一些常用的mmap参数及其说明：1.addr：指定映射区域的起始地址，一般为0，表示由系统自动分配。
2.length：指定映射区域的长度，单位是字节。
3.prot：指定映射区域的访问权限，可选值包括PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_EXEC等。
4.flags：指定映射区域的标志，可选值包括MAP_SHARED、MAP_PRIVATE等。
MAP_SHARED表示映射的文件可以被多个进程共享，MAP_PRIVATE表示映射的文件只能被当前进程使用。
5.fd：指定要映射的文件描述符。
6.offset：指定要映射文件的偏移量。
使用示例下面是一个使用mmap的示例代码，演示了如何使用mmap将一个文件映射到内存中进行读写操作：#include <>#include <>#include <>#include <sys/>int main() {int fd;char *data;struct stat sb;// 打开文件fd = open("", O_RDWR);if (fd == -1) {perror("open");exit(1);}// 获取文件大小if (fstat(fd, &sb) == -1) {perror("fstat");exit(1);}// 映射文件到内存data = mmap(NULL, _size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP _SHARED, fd, 0);if (data == MAP_FAILED) {perror("mmap");exit(1);}// 访问文件数据printf("File data: %s\n", data);// 修改文件数据data[0] = 'H';data[1] = 'e';data[2] = 'l';data[3] = 'l';data[4] = 'o';// 解除内存映射if (munmap(data, _size) == -1) {perror("munmap");exit(1);}// 关闭文件if (close(fd) == -1) {perror("close");exit(1);}return 0;}以上示例代码展示了如何将一个文件映射到内存中并修改文件数据。
虚拟内存技术作用
虚拟内存技术不仅仅可让我们可以使用更多的内存，它还提供了以下功能：巨大的寻址空间操作系统让系统看上去有比实际内存大得多的内存空间。
虚拟内存可以是系统中实际物理空间的许多倍。
每个进程运行在其独立的虚拟地址空间中。
这些虚拟空间相互之间都完全隔离开来，所以进程间不会互相影响。
同时，硬件虚拟内存机构可以将内存的某些区域设置成不可写。
这样可以保护代码与数据不会受恶意程序的干扰。
内存映射内存映射技术可以将映象文件和数据文件直接映射到进程的地址空间。
在内存映射中，文件的内容被直接连接到进程虚拟地址空间上。
公平的物理内存分配内存管理子系统允许系统中每个运行的进程公平地共享系统中的物理内存。
共享虚拟内存尽管虚拟内存允许进程有其独立的虚拟地址空间，但有时也需要在进程之间共享内存。
例如有可能系统中有几个进程同时运行BASH命令外壳程序。
为了避免在每个进程的虚拟内存空间内都存在BASH程序的拷贝，较好的解决办法是系统物理内存中只存在一份BASH的拷贝并在多个进程间共享。
动态库则是另外一种进程间共享执行代码的方式。
共享内存可用来作为进程间通讯(IPC) 的手段，多个进程通过共享内存来交换信息。
Linux支持SYSTEM 的共享内存IPC机制。
3.1 虚拟内存的抽象模型VIRTUAL M PH7SICA LM &IO RY VIRTU ALM EKIO RY图3.1虚拟地址到物理地址映射的抽象模型在讨论Linux是如何具体实现对虚拟内存的支持前，有必要看一下更简单的抽象模型。
在处理器执行程序时需要将其从内存中读出再进行指令解码。
在指令解码之前它必须向内存中某个位置取出或者存入某个值。
然后执行此指令并指向程序中下一条指令。
在此过程中处理器必须频繁访问内存，要么取指取数，要么存储数据。
虚拟内存系统中的所有地址都是虚拟地址而不是物理地址。
通过操作系统所维护的一系列表格由处理器实现由虚拟地址到物理地址的转换。
为了使转换更加简单，虚拟内存与物理内存都以页面来组织。
理解操作系统中的内存管理和内存保护机制
理解操作系统中的内存管理和内存保护机制内存管理是操作系统中重要的一部分，它负责管理计算机系统中的内存资源，包括分配、回收和保护内存。
内存保护机制是一种机制，它采用一系列策略和技术来保护计算机系统的内存资源免受非法访问、损坏或滥用。
内存管理的主要任务是管理计算机系统的内存资源，确保有效地使用和利用内存。
它包括以下几个方面：1.内存分配：内存管理系统负责管理计算机系统中的内存资源，分配和释放内存。
当程序需要内存来存储数据和指令时，内存管理系统会分配适当的内存空间给程序使用。
当程序结束运行或者不再需要内存时，内存管理系统会回收这些内存空间以供其他程序使用。
2.地址映射：内存管理系统负责将程序中的虚拟地址映射到物理内存中的实际地址。
由于每个程序都运行在自己的虚拟地址空间中，内存管理系统需要将虚拟地址映射到物理内存中的实际地址。
这样程序可以通过使用虚拟地址来访问内存，而不需要关心实际的物理地址。
3.内存保护：内存管理系统还负责保护内存资源免受非法访问、损坏或滥用。
它通过一系列的措施和策略来确保只有经过授权的程序才能访问特定的内存区域。
其中一种常见的方式是使用访问权限位，通过在内存中的每个页或段上设置访问权限位来控制程序的访问权限。
4.内存映射文件：内存管理系统还支持内存映射文件的机制。
内存映射文件是一种将文件的内容直接映射到内存中的机制。
当程序需要读取或写入文件时，操作系统可以将文件的内容映射到程序的地址空间中，从而使程序可以像访问内存一样来访问文件的内容。
内存保护机制是内存管理系统中的一个重要组成部分，它的目标是保护计算机系统的内存资源不受非法访问、损坏或滥用。
常见的内存保护机制包括：1.访问权限：内存保护机制使用访问权限位来限制程序对内存的访问。
每个内存页或段都有访问权限位，用来表示对应区域的访问权限。
操作系统可以设置访问权限位，只允许经过授权的程序访问特定的内存区域。
2.地址空间隔离：内存保护机制通过地址空间隔离来保护内存。
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操作系统中的内存映射与文件映射技术
内存映射和文件映射是操作系统中常用的技术之一。
它们允许操作系统将磁盘上的文件直接映射到内存，使得对文件的访问操作可以像对内存一样快速和方便。
本文将分别介绍内存映射和文件映射的原理、应用场景以及它们的优缺点。
一、内存映射
1.内存映射的原理
内存映射是操作系统中一种将磁盘上的文件映射到进程地址空间的技术。
具体而言，操作系统会为文件在虚拟内存地址空间中分配一段连续的地址，并将文件内容从磁盘读取到这段内存中。
这样，对该文件的访问操作就可以直接在内存中进行，而不需要再通过文件读写系统调用。
2.内存映射的应用场景
内存映射在操作系统中有着广泛的应用场景。
其中最常见的应用场景包括：
-文件访问：将文件映射到内存中可以避免频繁的磁盘读写操作，
从而提高文件访问速度。
这在处理大型文件或需要频繁访问的文件时
特别有用。
-共享内存：多个进程可以将同一个文件映射到各自的地址空间中，从而实现共享内存的目的。
这在并发编程和进程间通信中常用，可以
提高进程间的数据交换效率。
-动态链接库加载：操作系统可以将动态链接库文件映射到进程地
址空间中，实现动态库的加载和使用。
这可以提高程序的可扩展性和
灵活性。
3.内存映射的优缺点
内存映射技术有着以下优点：
-提高访问速度：内存映射将磁盘上的文件映射到内存中，避免了
频繁的磁盘读写操作，从而提高了访问速度。
-简化编程：内存映射使得对文件的访问可以像访问内存一样简单，不需要使用繁琐的文件读写系统调用。
-共享数据：多个进程可以通过映射同一文件实现共享内存，从而在进程间交换数据，并实现进程间的通信。
然而，内存映射技术也有以下缺点：
-浪费内存：内存映射会为文件在进程地址空间中分配一段内存，如果映射了大型文件，会导致内存的浪费。
-安全性问题：如果多个进程都可以访问同一个文件的映射内存，那么需要注意对共享内存的保护，避免数据损坏或非法访问。
-文件大小限制：由于内存有限，操作系统对单个文件的映射大小通常存在限制，不能超过操作系统的地址空间大小。
二、文件映射
1.文件映射的原理
文件映射是操作系统中一种将磁盘上的文件映射到文件描述符的技术。
操作系统会为每个打开的文件分配一个文件描述符，并将其映射到文件的实际存储位置。
这样，在对文件进行读写操作时，可以通过文件描述符直接访问文件，而不需要了解文件的物理存储位置。
2.文件映射的应用场景
文件映射在操作系统中也有广泛的应用场景。
其中最常见的应用场景包括：
-文件读写：通过文件映射，可以通过文件描述符直接进行读写操作，而不需要通过繁琐的文件读写系统调用。
-文件传输：在网络传输中，可以将文件映射到文件描述符中，然后将文件描述符的数据传输到另一台机器上，从而实现高效的文件传输。
-数据持久化：通过文件映射，可以将数据写入磁盘上的文件中，从而实现数据的持久化存储。
3.文件映射的优缺点
文件映射技术有着以下优点：
-简化编程：文件映射使得对文件的访问可以像对普通内存一样简单，不需要使用繁琐的文件读写系统调用。
-高效读写：通过文件映射，可以直接对文件进行读写操作，而无需频繁的文件读写系统调用，提高了访问效率。
然而，文件映射技术也有以下缺点：
-安全性问题：如果多个进程都可以访问同一个文件的映射，那么需要注意对共享文件的保护，避免数据损坏或非法访问。
-难以控制：一旦将文件映射到文件描述符中，操作系统会自动将文件内容加载到内存中，而无法精确控制何时加载和卸载文件。
总结：
内存映射和文件映射是操作系统中常用的技术，它们允许将磁盘上的文件快速映射到内存或文件描述符中，从而提高文件访问效率和简化编程。
内存映射适用于需要频繁访问文件或共享内存的场景，而文件映射适用于文件读写和数据持久化等场景。
虽然它们具有一些优缺点，但在正确使用的情况下，它们可以极大地提高系统的性能和编程的效率。