java中的mmap实现

• 什么是mmap
    mmap对于c程序员很熟悉，对于java程序员有点陌生。简而言之，将文件直接映射到用户态的内存地址，这样对文件的操作不再是write/read,而是直接对内存地址的操作。 

    在c中提供了三个函数来实现 

    [list] 

   
• mmap 进行映射
   
• munmap 取消映射
   
• msync 进程在映射空间的对共享内容的改变并不直接写回到磁盘文件中，往往在调用munmap()后才执行该操作。  
   

    具体参照http://blog.chinaunix.net/uid-24517893-id-164217.html

• java中的map

    java中的FileChannel，提供了map和force方法，map创建文件和内存的映射， 
  

Java代码  

1. MappedByteBuffer buffer = fc.map(MapMode.READ_WRITE, 0, 1000);  

    返回一个MappedByteBuffer，这是一个DirectBuffer，其中包含一个内存地址，然后可用就做一些读写操作。 
    还有另外一个方法是force，是将内存的更新的内容刷到磁盘中。 
    在这里抛出一个问题，force是必须调用的，如果不调用force会怎样。 
    我试着写了一段小程序来试验 
   

Java代码  

1. MappedByteBuffer buffer = fc.map(MapMode.READ_WRITE, 0, 1000);  
2.        for (int i = 0;i< 100000;i++){  
3.            buffer.put((byte)65);  
4.        }  
5.  System.out.println("write completed!");  
6.        System.in.read();  

    然后观察文件发现文件中是有1000个B的，那么就是说不调用force，内容也会落到磁盘中的。既然不用force内容也可以落到磁盘中，那force的作用什么呢？带着这个问题我查看了openJdk的force和map的实现和linux中mmap的实现。

• JDK的force和map的实现

  通过FileChannel->FileChannelImpl的native知道，对linux平台调用应该在D:\git\openjdk\jdk\src\solaris\native\sun\nio\ch下的FileChannelImpl.c 

Java代码  

1. NIEXPORT jlong JNICALL  
2. Java_sun_nio_ch_FileChannelImpl_map0(JNIEnv *env, jobject this,  
3.                                      jint prot, jlong off, jlong len)  
4.  mapAddress = mmap64(  
5.         0,                    /* Let OS decide location */  
6.         len,                  /* Number of bytes to map */  
7.         protections,          /* File permissions */  
8.         flags,                /* Changes are shared */  
9.         fd,                   /* File descriptor of mapped file */  
10.         off);                 /* Offset into file */  

Java代码  

1. JNIEXPORT jint JNICALL  
2. Java_sun_nio_ch_FileChannelImpl_force0(JNIEnv *env, jobject this,  
3.                                        jobject fdo, jboolean md)  
4. {  
5.     jint fd = fdval(env, fdo);  
6.     int result = 0;  
7.   
8.     if (md == JNI_FALSE) {  
9.         result = fdatasync(fd);  
10.     } else {  
11.         result = fsync(fd);  
12.     }  
13.     return handle(env, result, "Force failed");  
14. }  

原来force是调用的fdatasync(fsync)，这不是linux中buffered IO，write(2)以后需要调用的方法吗，难道mmap也是走的BufferdIO那一套，首先写到page cache，然后由pdflush定时刷到磁盘中，那这么说mmap只是在进程空间分配一个内存地址，真实的内存还是使用的pagecache。所以force是调用fsync将dirty page刷到磁盘中，但mmap还有共享之类的实现起来应该很复杂。

• 验证

  为了验证上面的假设，我做了一个实验。在linux下起两个终端，A终端通过上面的程序向a.txt写入数据，B终端使用tailf a.txt观察数据的写入。奇怪的是A终端执行完，B终端立马就成看到数据，而不是等30s以后pdflush刷到磁盘以后才能看到，难道前面的假设错了？或者另一种可能tailf查看到也是在page cache中读取的。那只需查看下文件的page是不是dirty就知道了。 

Java代码  

1. cat /proc/$(pidof java)/smaps|grep a.txt -A 10 -B 10  

就可以查看一个文件的page是否是dirty。 
重新实现使用如上脚本观察 

Java代码  

1. 2aaab30c4000-2aaab31b9000 rw-s 00000000 fd:00 81887299                   /opt/zhanghailei/a.txt  
2. Size:               980 kB  
3. Rss:                980 kB  
4. Shared_Clean:         0 kB  
5. Shared_Dirty:         0 kB  
6. Private_Clean:        0 kB  
7. Private_Dirty:      980 kB  
8. Swap:                 0 kB  
9. Pss:                980 kB  

果然是dirty的，然后继续等待一段时间再次执行发现已经是clean，被刷到磁盘中。 

Java代码  

1. 2aaab30c4000-2aaab31b9000 rw-s 00000000 fd:00 81887299                   /opt/zhanghailei/a.txt  
2. Size:               980 kB  
3. Rss:                980 kB  
4. Shared_Clean:         0 kB  
5. Shared_Dirty:         0 kB  
6. Private_Clean:      980 kB  
7. Private_Dirty:        0 kB  
8. Swap:                 0 kB  
9. Pss:                980 kB  

• 结论

1. mmap，底层还是走的BufferedIO，好处大概是减少了内核态和用户态的内存拷贝，这点不太确定，对内核不熟。 
2. force，参数为true调用fsync，false调用fdatasync，fdatasync只刷数据不刷meta数据 
3. 即使不调用force，内核也会定期将dirty page刷到磁盘，默认是30s。 

原文来自：http://xiaoz5919.iteye.com/blog/2093323

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