简介
本文将介绍了mmap的基本概念，并重点介绍mmap使用中常遇到的问题。
mmap是什么
mmap函数把一个文件或一个Poxis共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，以使用普通文件提供内存映射I/O，或使用特殊文件以提供匿名内存映射，或使用shm_open以提供无亲缘关系进程间的Posix共享内存区。
使用内存映射文件所得到的奇妙特性是，所有的I/O都在内核的掩盖下完成，只需编写存取内存映射区中各个值的代码，而不用调用read、write或lseek，系统会自动负责将脏页面回写到文件中。
#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);实际映射关系如下图所示：
mmap使用细节
1、使用mmap需要注意的一个关键点是，mmap映射区域大小必须是物理页大小(page_size)的整倍数（32位系统中通常是4k字节）。原因是，内存的最小粒度是页，而进程虚拟地址空间和内存的映射也是以页为单位。为了匹配内存的操作，mmap从磁盘到虚拟地址空间的映射也必须是页。使用函数sysconf(_SC_PAGE_SIZE)可以获取系统页的大小。
2、内核可以跟踪被内存映射的底层对象（文件）的大小，进程可以合法的访问在当前文件大小以内又在内存映射区以内的那些字节，否则，程序会抛出某种异常。也就是说，如果文件的大小一直在扩张，只要在映射区域范围内的数据，进程都可以合法得到，这和映射建立时文件的大小无关。具体情形参见“情形三”。
manual中对于异常信号到描述：
Use of a mapped region can result in these signals:
SIGSEGV
Attempted write into a region mapped as read-only.
SIGBUS
Attempted access to a portion of the buffer that does not correspond
to the file (for example, beyond the end of the file, including the case where
another process has truncated the file).3、映射建立之后，即使文件关闭，映射依然存在。因为映射的是磁盘的地址，不是文件本身，和文件句柄无关。同时可用于进程间通信的有效地址空间不完全受限于被映射文件的大小，因为是按页映射。
在上面的知识前提下，我们下面看看如果大小不是页的整倍数的具体情况：
情形一：一个文件的大小是5000字节，mmap函数从一个文件的起始位置开始，映射5000字节到虚拟内存中。
分析：因为单位物理页面的大小是4096字节，虽然被映射的文件只有5000字节，但是对应到进程虚拟地址区域的大小需要满足整页大小，因此mmap函数执行后，实际映射到虚拟内存区域8192个 字节，5000~8191的字节部分用零填充。映射后的对应关系如下图所示：
此时：
（1）读/写前5000个字节（0~4999），会返回操作文件内容。
（2）读字节5000~8191时，结果全为0。写5000~8191时，进程不会报错，但是所写的内容不会写入原文件中 。
（3）读/写8192以外的磁盘部分，会返回一个SIGSECV错误。
情形二：一个文件的大小是5000字节，mmap函数从一个文件的起始位置开始，映射15000字节到虚拟内存中，即映射大小超过了原始文件的大小。
分析：由于文件的大小是5000字节，和情形一一样，其对应的两个物理页。那么这两个物理页都是合法可以读写的，只是超出5000的部分不会体现在原文件中。由于程序要求映射15000字节，而文件只占两个物理页，因此8192字节~15000字节都不能读写，操作时会返回异常。如下图所示：
此时：
（1）进程可以正常读/写被映射的前5000字节(0~4999)，写操作的改动会在一定时间后反映在原文件中。
（2）对于5000~8191字节，进程可以进行读写过程，不会报错。但是内容在写入前均为0，另外，写入后不会反映在文件中。
（3）对于8192~14999字节，进程不能对其进行读写，会报SIGBUS错误。
（4）对于15000以外的字节，进程不能对其读写，会引发SIGSEGV错误。
情形三：一个文件初始大小为0，使用mmap操作映射了1000*4K的大小，即1000个物理页大约4M字节空间，mmap返回指针ptr。
分析：如果在映射建立之初，就对文件进行读写操作，由于文件大小为0，并没有合法的物理页对应，如同情形二一样，会返回SIGBUS错误。
但是如果，每次操作ptr读写前，先增加文件的大小（posix_allocate函数），那么ptr在文件大小内部的操作就是合法的。例如，文件扩充4096字节，ptr就能操作ptr ~ [ (char)ptr + 4095]的空间。只要文件扩充的范围在1000个物理页（映射范围）内，ptr都可以对应操作相同的大小。
这样，方便随时扩充文件空间，随时写入文件，不造成空间浪费。
另外一个一般资料中很少提及的，是关于稀疏文件的mmap问题，可以参考上面3钟情形的分析，来解决对应的SIGSEGV和SIGBUS异常问题。
参考资料
1. UNIX网络编程 卷2 进程间通信 第12章 共享内存区介绍