java中的mmap实现-白红宇

java中的mmap实现

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发布时间：2019-05-26

本文共 3438 字，大约阅读时间需要 11 分钟。

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[*][b][size=medium]什么是mmap[/size][/b]

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

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[*]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。

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

[*][b][size=medium]java中的map[/size][/b]

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

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

MappedByteBuffer buffer = fc.map(MapMode.READ_WRITE, 0, 1000);             for (int i = 0;i< 100000;i++){
                  buffer.put((byte)65);             }       System.out.println("write completed!");             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。

[*][size=medium]JDK的force和map的实现[/size]

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

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

JNIEXPORT jint JNICALL Java_sun_nio_ch_FileChannelImpl_force0(JNIEnv *env, jobject this,                                        jobject fdo, jboolean md) {
      jint fd = fdval(env, fdo);     int result = 0;     if (md == JNI_FALSE) {
          result = fdatasync(fd);     } else {
          result = fsync(fd);     }     return handle(env, result, "Force failed"); }

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。

[*][size=medium][b]验证[/b][/size]

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。

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

2aaab30c4000-2aaab31b9000 rw-s 00000000 fd:00 81887299                   /opt/zhanghailei/a.txt Size:               980 kB Rss:                980 kB Shared_Clean:         0 kB Shared_Dirty:         0 kB Private_Clean:        0 kB Private_Dirty:      980 kB Swap:                 0 kB 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。

2aaab30c4000-2aaab31b9000 rw-s 00000000 fd:00 81887299                   /opt/zhanghailei/a.txt Size:               980 kB Rss:                980 kB Shared_Clean:         0 kB Shared_Dirty:         0 kB Private_Clean:      980 kB Private_Dirty:        0 kB Swap:                 0 kB Pss:                980 kB

[*][b][size=medium]结论[/size][/b]

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。

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