将文件映射到内存并写入文件末尾

Question

我正在 Linux 中试验内存映射文件，并且有一个问题，当从不同进程映射同一个文件并在文件末尾之外写入时实际发生了什么。

我用 vim 手动创建了一个文件，并在其中写入了 2 个字节：

$ cat test_mmap
aa

然后我写了两个非常简单的程序。

第一个程序映射文件，修改映射不带msync和munmap。

writer.c:

int main(void){
    int fd = open("/tmp/test_mmap", O_CREAT | O_RDWR, S_IRWXU);
    char *mapped_region = mmap(NULL, sysconf(_SC_PAGESIZE), PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    mapped_region[0] = '0';
    mapped_region[1] = '1';
    mapped_region[2] = '2';
    mapped_region[3] = '3';
    mapped_region[4] = '4';
    mapped_region[5] = '5';
}

第二个是读取映射。

reader.c:

int main(void){
    int fd = open("/tmp/test_mmap", O_CREAT | O_RDWR, S_IRWXU);
    char *mapped_region = mmap(NULL, sysconf(_SC_PAGESIZE), PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    printf("%c\n", mapped_region[0]);
    printf("%c\n", mapped_region[1]);
    printf("%c\n", mapped_region[2]);
    printf("%c\n", mapped_region[3]);
    printf("%c\n", mapped_region[4]);
    printf("%c\n", mapped_region[5]);
}

所以我跑了

$ ./writer && ./reader && cat /tmp/test/test_mmap
0
1
2
3
4
5
012

这意味着任何超出文件末尾写入的数据都会在映射中保留一段时间（尽管它没有写出到文件中），并且如果另一个进程因此映射相同的区域，则写入超出的数据不会归零，因为在man-page中指定：

文件以页面大小的倍数进行映射。对于一个不是 页面大小的倍数，剩余内存清零时 映射，并且对该区域的写入不会写入文件。

使用perf -e major-faults ./reader 运行阅读器表明

0      major-faults                                                

意味着没有从磁盘读取任何页面。还查看了/proc/<pid_writer>/smaps，我观察到该页面被标记为脏和私有（即使映射是使用MAP_SHARED 标志创建的）：

7fc80f279000-7fc80f27a000 -w-s 00000000 fd:00 6057290   /tmp/test_mmap
Shared_Clean:          0 kB                                                                                                                                                                                        
Shared_Dirty:          0 kB                                                                                                                                                                                        
Private_Clean:         0 kB                                                                                                                                                                                        
Private_Dirty:         4 kB                                                                                                                                                                                        

如果我在一段时间后运行阅读器进程（需要等待什么时间？）我观察到

$ ./reader
0
1
2

问题：是否正确并在某处记录了如果一个进程修改了超出文件末尾的映射，则页面被标记为脏并且只要页面是脏了和另一个进程映射同一个文件的相同区域之前该进程写入的数据没有归零并按原样保留一段时间？

Answer 1

这些问题的权威参考是 POSIX，它在 mmap 的基本原理部分必须说：

mmap() 函数可用于映射内存区域 大于对象的当前大小。 [... 剪辑讨论 如果可能，发送 SIGBUS，即当访问超出末尾的页面时 文件的...] 写入的数据可能会丢失，而读取的数据可能不会 反映对象中的实际数据。

因此，POSIX 表示这样做会导致数据丢失。此外，可移植性充其量是值得怀疑的（想想无 MMU 系统、与大页面的交互、具有不同页面大小的平台......）