Linux内核File cache机制（中篇）

在之前的公众号文章中，我们介绍过File cache的定义，其读流程及写流程，想了解上篇详情的可阅读：Linux内核File cache机制（上篇）

本篇则接上篇，主要介绍Linux mmap读文件流程涉及缺页中断。

一、mmap及缺页中断读文件流程分析

上面篇幅，“什么是Filecache”篇幅介绍了文件缓存框架，走读了read()流程中涉及文件缓存的操作流程。对于用户来说，读过程一般是同步读的过程（当然也有异步读的接口，其思想跟文件缓存异步预读机制类同，不再阐述），其执行完接口调用后所需数据就已经在内存中了，而操作的时候就通过write()等接口进行读写。

除了以上的接口，文件缓存的读取和使用是否还有其他方法？答案是肯定的，例如mmap()等接口可以实现将文件映射到用户地址空间，进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问。mmap接口从内核的归属上是内存接口，Linux系统对于用户内存分配总是苛刻的，当用户分配内存时，内核优先只给虚拟内存（MAP_POPULATE等模式本文不作讨论），只有使用时才分配物理内存，通过mmap接口进行文件映射属于内核内存的管理框架内，自然也符合这个管理思想。

那么系统怎么及时地给用户分配物理内存呢？这里就引出缺页中断的概念：

• 当用户访问虚拟地址时发现地址没有映射到具体的物理内存空间，则触发中断进入内核态，进行物理内存填充，本文只关注文件页面的缺页中断。

• 对于文件缓存的缺页中断，另外一种触发的场景也非常常见：文件缓存因为内存紧张被系统回收了，因为回收的过程会进行虚拟内存解映射，此时用户再次访问到之前分配的虚拟地址时，同样也需要进入缺页中断流程进行数据的填充。关于文件缓存的回收，放到“Filecache 回收流程分析”章节，读者有兴趣可以进行查阅。

本篇幅通过分析mmap/munmap调用执行流程和文件缓存的缺页中断流程，了解该路径下文件缓存的读取过程。

1. mmap函数生命周期

mmap系统调用用于将用户空间的一端内存区域映射到内核空间，根据传递参数的不同，其可以实现共享内存、单独分配匿名内存以及映射文件页面等。本文主要阐述映射文件缓存，普通文件被映射到进程地址空间后，进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问，而不需要调用read()/write()接口。

• addr：是否指定映射的内存区域