为什么 fopen/fgets 使用 mmap 和 read 系统调用来访问数据？答案

【问题标题】：Why does fopen/fgets use both mmap and read system calls to access the data?为什么 fopen/fgets 使用 mmap 和 read 系统调用来访问数据？
【发布时间】：2026-02-10 19:30:01
【问题描述】：

我有一个小示例程序，它只是fopens 一个文件并使用fgets 来读取它。使用strace，我注意到对fgets 的第一次调用运行mmap 系统调用，然后read 系统调用用于实际读取文件的内容。在fclose，文件是munmaped。如果我改为直接使用 open/read 打开读取文件，这显然不会发生。我很好奇这个mmap 的目的是什么，以及它正在完成什么。

在我的基于 Linux 2.6.31 的系统上，当需要大量虚拟内存时，这些 mmaps 有时会挂起几秒钟，在我看来是不必要的。

示例代码：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main ()
{
   FILE *f;
   if ( NULL == ( f=fopen( "foo.txt","r" )))
   {
     printf ("Fail to open\n");
   }
   char buf[256];
   fgets(buf,256,f);
   fclose(f);
}

这是运行上述代码时相关的 strace 输出：

open("foo.txt", O_RDONLY)               = 3
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=9, ...}) = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb8039000
read(3, "foo\nbar\n\n"..., 4096)        = 9
close(3)                                = 0
munmap(0xb8039000, 4096)                = 0

【问题讨论】：

标签： c linux file mmap

【解决方案1】：

mmap'ed 不是文件 - 在这种情况下，mmap 是匿名使用的（不是在文件上），可能是为后续读取将使用的缓冲区分配内存。

malloc 实际上会导致对mmap 的调用。同样，munmap 对应于对free 的调用。

【讨论】：

有趣。因此，我从中收集到 FILE* 上的所有读取操作实际上并没有读入提供的缓冲区，而是读入堆上额外分配的缓冲区，然后复制到我的缓冲区中。另外，malloc 是否总是导致调用 mmap？我一直认为堆是在用户空间中本地管理的，只有在需要向进程地址空间添加更多内存时才进行系统调用。我也一直认为 sbrk/brk 用于此目的，而不是 mmap。
@bdk：是的，标准库中的文件函数（不是系统调用）确实保留了自己的缓冲区，因此当您在循环中连续调用 fgets(buf, 1, f) 时，不会导致数百个read 系统调用。当malloc 在用户空间中没有更多可用空间时，它会导致mmap - 例如，第一个malloc(8) 可能会导致mmap(4096)，随后的malloc(8) 将返回指向已经分配的区域，直到用完为止。
谢谢！这就解释了。每次我使用 strace 尝试追踪某些东西时，我最终都会学到一些新东西。

【解决方案2】：

mmap 没有映射文件；相反，它为 stdio FILE 缓冲分配内存。通常malloc 不会使用mmap 来服务这么小的分配，但似乎glibc 的stdio 实现是直接使用mmap 来获取缓冲区。这可能是为了确保它是页面对齐的（尽管posix_memalign 可以实现相同的效果）和/或确保关闭文件将缓冲内存返回给内核。我质疑页面对齐缓冲区的有用性。大概是为了提高性能，但我看不出有任何帮助，除非您正在读取的文件偏移量也是页面对齐的，即使这样，它似乎也是一个可疑的微优化。

【讨论】：

【解决方案3】：

从我读过的内容来看，内存映射函数在处理大文件时很有用。现在大的定义是我不知道的。但是对于大文件，它们比“缓冲”i/o 调用要快得多。

在您发布的示例中，我认为文件是由open() 函数打开的，mmap 用于分配内存或其他东西。

从mmap函数的语法可以看得很清楚：

void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fildes, off_t off);

倒数第二个参数采用非负的文件描述符。而在堆栈跟踪中它是-1

【讨论】：

这是错误的。在 POSIX 上 stdio 不能用 mmap 实现，因为当文件被截断时语义错误（它将与 SIGBUS 一起崩溃而不是给出错误）。 mmap OP 询问的不是文件映射；这只是一个匿名的内存分配。
这就是我所说的“mmap 用于分配内存或其他东西”...我没有说 mmap 用于映射“该”文件。

【解决方案4】：

glibc中的fopen源码显示mmap是可以实际使用的。

https://sourceware.org/git/?p=glibc.git;a=blob;f=libio/iofopen.c;h=965d21cd978f3acb25ca23152993d9cac9f120e3;hb=HEAD#l36

【讨论】：