虛擬映射和mmap()
虛存映射
我們知道，程序是存儲(chǔ)在磁盤上到靜態(tài)文件；進(jìn)程是對(duì)程序到一次運(yùn)行過程。在進(jìn)程開始運(yùn)行時(shí)，進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)等內(nèi)容必須裝入到進(jìn)程用戶空間到適當(dāng)區(qū)域。這些區(qū)域也就是所謂的代碼段和數(shù)據(jù)段等，而被裝入的數(shù)據(jù)和代碼等內(nèi)容被稱為進(jìn)程的可執(zhí)行映像。從上面都描述中可以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)并不是將程序一下子就裝入到物理內(nèi)存，而只是將程序裝入到進(jìn)程的用戶空間，這個(gè)裝入的過程稱為虛存映射。
一個(gè)源程序在成為可執(zhí)行文件的過程中會(huì)經(jīng)歷預(yù)處理、編譯、匯編和鏈接四個(gè)階段。因此，進(jìn)程要成功運(yùn)行不僅要在其用戶空間裝入進(jìn)程映像，也要裝入該進(jìn)程所用到到函數(shù)庫以及鏈接程序等。所以，一個(gè)進(jìn)程到用戶空間就被分為若干個(gè)內(nèi)存區(qū)域。linux使用mm_struct結(jié)構(gòu)來描述一個(gè)進(jìn)程到用戶地址空間，使用vm_area_struct結(jié)構(gòu)來描述進(jìn)程地址空間中的一個(gè)內(nèi)存區(qū)域。因此，一個(gè)vm_area_struct結(jié)構(gòu)可能代表進(jìn)程到數(shù)據(jù)段，也可能代表鏈接程序到代碼段等。
進(jìn)程的虛存映射所做的只是將磁盤上到文件映射到該進(jìn)程的用戶地址空間，并沒有建立虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存的映射。當(dāng)某個(gè)可執(zhí)行映像映射到進(jìn)程用戶空間并開始執(zhí)行時(shí)，只有很少一部分虛擬頁被裝入了物理內(nèi)存。在進(jìn)程后續(xù)到執(zhí)行過程中，如果需要訪問到數(shù)據(jù)并不在物理內(nèi)存中，則產(chǎn)生一個(gè)缺頁中斷（其實(shí)是異常），將所需頁從交換區(qū)或磁盤中調(diào)入物理內(nèi)存，這個(gè)過程即虛擬內(nèi)存中到請(qǐng)頁機(jī)制。
進(jìn)程到虛存區(qū)
那么對(duì)于一個(gè)任意的進(jìn)程，我們可以通過下面到方法查看其地址空間中到內(nèi)存區(qū)域。
我們先看一個(gè)簡單的測試程序：
- #include < stdio.h >
- #include < stdlib.h >
- int main()
- {
- int i=1;
- char *str=NULL;
- printf("hello,world!\n");
- str=(char *)malloc(sizeof(char)*1119);
- sleep(1000);
- return 0;
- }
這個(gè)程序中使用到了malloc函數(shù)，因此str變量存儲(chǔ)于堆中。我們通過打印/proc/3530/maps文件，即可看到該進(jìn)程的內(nèi)存空間劃分。其中3530是該進(jìn)程的id。
每一行信息依次顯示的內(nèi)容為內(nèi)存區(qū)域其實(shí)地址-終止地址，訪問權(quán)限，偏移量，主設(shè)備號(hào)：次設(shè)備號(hào)，inode，文件。
上面的信息不但包含了test可執(zhí)行對(duì)象的各內(nèi)存區(qū)域，而且還分別顯示了 /lib/ld-2.11.1.so（動(dòng)態(tài)連接程序）文件和/lib/tls/i686/cmov/libc-2.11.1.so（C庫）文件的內(nèi)存區(qū)域信息。
我們從某個(gè)內(nèi)存區(qū)域的訪問權(quán)限上可以大致判斷該區(qū)域的類型。各個(gè)屬性符號(hào)的意義為：r-read，w-write，x-execute，s-shared，p-private。因此，r-x一般代表程序的代碼段，即可讀，可執(zhí)行。rw-可能代表數(shù)據(jù)段，BSS段和堆棧段等，即可讀，可寫。堆棧段從行信息的文件名就可以區(qū)分；如果某行信息的文件名為空，那么可能是BSS段。另外，上述test進(jìn)程共享了內(nèi)核動(dòng)態(tài)庫，所以在00441000-00442000行處文件名顯示為vdso（Virtual Dynamic Shared Object）。
mmap系統(tǒng)調(diào)用
通過mmap系統(tǒng)調(diào)用可以在進(jìn)程到用戶空間中創(chuàng)建一個(gè)新到虛存區(qū)。該系統(tǒng)調(diào)用到原型如下：
該函數(shù)可以將以打開的文件映射到進(jìn)程用戶空間到一片內(nèi)存區(qū)上，執(zhí)行成功后，該函數(shù)返回這段映射區(qū)到首地址。用戶得到這片虛存的首地址后，就可以像訪問內(nèi)存那樣訪問文件。
該系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)說明如下：
addr：映射到用戶地址空間到起始地址；
length：映射區(qū)以字節(jié)為單位到長度；
prot：對(duì)映射區(qū)到訪問模式。包括PROT_EXEC（可執(zhí)行），PROT_READ （可讀），PROT_WRITE（可寫），PROT_NONE（文件不可訪問）。這個(gè)訪問模式不能超過所映射文件到打開模式。比如被映射的文件打開模式為只讀，那么此處到訪問模式不能是可讀寫的。
flags：這個(gè)字段比較靈活，不同到標(biāo)志有不同的功能，具體如下：
MAP_SHARED：創(chuàng)建一個(gè)可被子進(jìn)程共享的映射區(qū)；
MAP_PRIVATE：創(chuàng)建一個(gè)“寫實(shí)復(fù)制”的映射區(qū)；
MAP_ANONYMOUS：創(chuàng)建一個(gè)匿名到映射區(qū)，該虛存區(qū)與進(jìn)程無關(guān)；
fd：所要映射到進(jìn)程用戶空間的文件描述符，該文件必須為以打開的文件；
offset：文件的起始映射偏移量；
mmap()舉例
在該程序中，首先以只讀方式打開文件test.c，再通過該文件返回到文件描述符和mmap函數(shù)將test.c文件映射到當(dāng)前進(jìn)程到用戶地址空間中。成功執(zhí)行mmap函數(shù)后，buf被賦值為所映射的虛存區(qū)的首地址。注意，mmap函數(shù)返回的是void型指針，而buf是char型指針。將mmap返回值賦值給buf變量時(shí)，自動(dòng)將void*轉(zhuǎn)化為char*型。
***，就像平常我們使用一個(gè)char型指針變量那樣，依次打印出buf中到數(shù)據(jù)。
try一下！
