mmap 匿名映射

mmap 匿名文件映射的主要作用是返回一段指定大小的虚拟地址空间。

1. mmap 匿名映射的核心作用

当使用mmap进行匿名映射时（即不关联实际文件，通过MAP_ANONYMOUS标志创建），操作系统会：

1. 在进程的虚拟地址空间中分配一段连续的区域
2. 将这段地址空间映射到物理内存（按需分配，可能延迟分配）
3. 返回指向该虚拟地址空间起始位置的指针

这个过程类似于调用malloc分配内存，但有几个重要区别：

特性	mmap 匿名映射	malloc
底层实现	直接调用内存映射机制	基于 brk 或 mmap（大块内存）
分配粒度	按页分配（通常 4KB 或更大）	按请求大小分配（更灵活）
释放方式	必须显式调用 munmap	自动管理（free）
内存连续性	保证虚拟地址连续	虚拟地址连续
初始内容	全零	可能包含垃圾数据（需初始化）
适用场景	大内存块、跨进程共享	中小内存块、频繁分配释放

2. 典型应用场景

1. 大内存块分配：当需要分配超过 128KB 的内存时，mmap 通常比 malloc 更高效（避免内存碎片）
2. 进程间共享内存：结合MAP_SHARED标志，多个进程可访问同一块物理内存
3. 延迟分配优化：利用 Linux 的 "请求调页" 机制，实际物理内存仅在访问时分配
4. 内存映射文件替代：当不需要持久化存储时，匿名映射比文件映射更简洁

3. 示例代码

以下是使用 mmap 创建匿名映射的基本示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>

int main() {
    size_t size = 1024 * 1024; // 1MB
    void *ptr = mmap(
        NULL,                 // 让系统选择地址
        size,                 // 映射大小
        PROT_READ | PROT_WRITE, // 可读可写
        MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, // 匿名私有映射
        -1,                   // 不关联文件
        0                     // 偏移量
    );
    
    if (ptr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap failed");
        return 1;
    }
    
    // 使用内存
    for (int i = 0; i < 1024; i++) {
        ((char*)ptr)[i] = 'A';
    }
    
    // 释放内存
    if (munmap(ptr, size) == -1) {
        perror("munmap failed");
        return 1;
    }
    
    return 0;
}

4. 关键特性说明

• 虚拟地址保证：mmap 返回的地址空间是连续的虚拟地址，但物理内存可能不连续（通过页表映射实现）
• 零初始化：匿名映射的内存默认初始化为零（不同于 malloc）
• 内存释放：必须显式调用 munmap 释放，否则会导致内存泄漏
• 权限控制：通过PROT_*标志可精确控制内存访问权限（如只读、可执行等）

5.用户空间与 GPU 内存的映射

GPU 驱动需要将物理显存（VRAM）或系统内存映射到用户空间，使应用程序能够直接访问：

• 零拷贝数据传输：通过MAP_SHARED标志，用户空间缓冲区可直接被 GPU 访问，避免数据在用户空间和内核空间之间的复制
• 显存管理：将 VRAM 区域映射到用户空间，实现高效的图形数据读写

这种机制为高性能应用提供了灵活且高效的内存管理方式，尤其适合需要大块连续内存或跨进程数据共享的场景。