众所周知，linux的理念是万物皆文件，自然少不了对文件的各种操作，常见的诸如open、read、write等，都是大家耳熟能详的操作。除了这些常规操作外，还有一个不常规的操作：mmap，其在file_operations结构体中的定义如下： 这个函数的作用是什么了？
1、对于读写文件，传统经典的api都是这样的：先open文件，拿到文件的fd；再调用read或write读写文件。由于文件存放在磁盘，3环的app是没有权限直接操作磁盘的，所以需要通过系统调用进入操作系统的内核，再通过事先安装好的驱动读写磁盘数据。这样一来，磁盘的数据会分别存放在内核空间和用户空间，也就是同一份数据会在内存内部放在两个不同的地方，而且也需要拷贝2次，整个过程是“又费柴油又费马达”；流程示例如下：
这样做既然浪费内存空间，也浪费拷贝的时间，该怎么优化了？
2、上述做法的结症在于同一份数据拷贝2次，那么能不能只拷贝1次了？答案是可以的，mmap就是这么干的！
（1）先看看mmap的用例，直观了解一下是怎么使用的，如下：
用例是不是很简单了？还是先调用open函数得到文件的fd，再调用mmap建立文件在内存的映射，这时得到了文件在内存映射的地址p，最后通过p指针读写文件数据！整个逻辑非常简单，是个码农都能看懂！这么简单方便、效率还高（只复制一次）的mmap又是怎么实现的了？
（2）先说一下mmap的原理：mmap只复制1次的原理也简单，就是在进程的虚拟内存开辟一块空间，映射到内核的物理内存，并建立和文件的关联，再把文件内容读到这块内存；后续3环的app读写文件都不走磁盘了，而是直接读写这块建立好映射的内存！等到进程退出或出意外奔溃，操作系统把映射内存的数据重新写回磁盘的文件！
mmap的原理也不复杂，具体是到代码层面是怎么做的了？
（3）从上面的demo可以看出，3环应用层直接调用的是mmap函数，但很明显这个功能因为涉及到磁盘读写，肯定是需要操作系统支持得，所以mmap肯定需要通过系统调用进入内核执行代码。操作系统提供的系统调用函数是do_mmap，在mm\mmap.c文件中，代码如下：
代码有很多，但是核心功能其实并不复杂：找到空闲的虚拟内存地址，并根据不同的文件打开方式设置不同的vm标志位flag！在函数末尾处调用了mmap_region函数，核心功能是创建和初始化虚拟内存区域，并加入红黑树节点进行管理，代码如下：
以上两个函数的核心功能是查找、分配、初始化空闲的vma，并加入链表和红黑树管理，同时设置vma的各种flags属性，便于后续管理！那么问题来了：数据最终都是要存放在物理内存的，截至目前所有的操作都是虚拟内存，这些vma都是在哪和物理内存建立映射的了？关键的函数是remap_pfn_range，在mm/memory.c文件中；
最核心的就是remap_pud_range方法了，从这个方法开始，逐级构造页表的各个映射转换！阅读代码前，可以先熟悉一下4级页表转换原理如下：
代码如下：3个方法的结构类似，层层深入，直到最后一级pte！pte内部调用set_pte_at方法最终完成物理地址和虚拟地址的映射！
注意事项&总结事项：
1、脱壳的时候如果遇到mmap就要注意了：有可能是要加载壳文件了！
2、页对齐的代码：也可以借鉴用来做其他数字的对齐，把PAGE_SIZE改成其他数字就好
3、核心原理：只分配1块物理内存，把进程的虚拟地址映射到这块物理内存，达到读写一次到位的目的！
参考：
1、https://mp.weixin.qq.com/s/y4LT5rtLZXXSvk66w3tVcQ 三种实现mmap的方式
4、https://www.leviathan.vip/2019/01/13/mmap%E6%BA%90%E7%A0%81%E5%88%86%E6%9E%90/ mmap源码分析
5、https://www.cnblogs.com/pengdonglin137/p/8150981.html remap_pfn_range源码分析
6、https://zhuanlan.zhihu.com/p/79607142 TLB缓存