面试题：C语言中mmap实现大文件读写的基础问题

Question

在Linux环境下使用C语言的mmap()函数实现大文件读写，简述mmap()函数的基本原理，以及在进行文件映射前需要对文件做哪些预处理操作？

Answer 1

mmap()函数基本原理

mmap() 函数用于将一个文件或者其它对象映射进内存。其原理是在进程的虚拟地址空间中创建一个新的映射区域，将文件的内容直接映射到该区域。这样，对文件的读写操作就可以通过对内存区域的读写来实现，而无需像传统的文件 I/O 那样频繁地进行用户态与内核态的切换。内核通过页表机制，将虚拟地址映射到物理内存地址，当访问映射区域时，如果对应的物理页面不在内存中，会触发缺页中断，内核会从文件中读取相应的数据到物理内存，并更新页表。

文件映射前预处理操作

1. 打开文件：使用 open() 函数以合适的权限打开文件，例如以可读可写权限打开：

int fd = open("your_file", O_RDWR);
if (fd == -1) {
    perror("open");
    return -1;
}

2. 获取文件大小：使用 lseek() 和 stat() 函数都可以获取文件大小。
   • 使用 lseek() 函数：

off_t file_size = lseek(fd, 0, SEEK_END);
if (file_size == -1) {
    perror("lseek");
    close(fd);
    return -1;
}
lseek(fd, 0, SEEK_SET);

• 使用 stat() 函数：

struct stat sb;
if (stat("your_file", &sb) == -1) {
    perror("stat");
    close(fd);
    return -1;
}
off_t file_size = sb.st_size;

3. 文件截断（可选）：如果要对文件进行写操作并且希望映射的区域大小固定，可以使用 ftruncate() 函数对文件进行截断，确保文件大小符合预期。例如：

if (ftruncate(fd, file_size) == -1) {
    perror("ftruncate");
    close(fd);
    return -1;
}