メモリマップトファイル（mmap）

メモリマップトファイルとは

通常、ファイルを読むときは read、書くときは write という システムコール を呼び、カーネルのバッファとアプリのバッファの間でデータをコピーします。

メモリマップトファイル は発想が異なります。ファイルの中身を、プロセスの 仮想アドレス空間の一区画に対応づけ（マッピング）、以後は ポインタ経由でメモリのように直接 読み書きします。Linux では mmap システムコールで実現します。

int fd = open("data.bin", O_RDWR);
char *p = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE,
               MAP_SHARED, fd, 0);
p[0] = 'A';   /* ファイルの先頭を書き換えたのと同じ */

マッピングした後は、配列のように p[i] でアクセスするだけ。明示的な read/write は要りません。ファイルがあたかも 巨大なバイト配列としてメモリ上にある かのように扱えます。

仕組み：ページフォルトで遅延読み込み

マッピングした瞬間に、ファイル全体がメモリに読み込まれるわけではありません。実際の読み込みは アクセスされたときに初めて 起こります（前提は 仮想記憶（ページング））。

1. mmap でファイルを仮想アドレス空間に対応づける（まだ読まない）
2. プログラムが p[i] にアクセス
3. そのページが物理メモリに無い → ページフォルト発生
4. OS が該当部分をファイルから1ページ読み込む
5. 命令を再実行 → 何事もなくアクセス成功

つまり mmap は デマンドページング で動き、触った部分だけ がページ単位でメモリに乗ります。書き込んだ内容は、OS が適当なタイミング（または msync）でファイルへ書き戻します。

read/write との比較

観点	read/write	mmap
アクセス方法	システムコール呼び出し	ポインタで直接
データのコピー	カーネル↔ユーザ間で発生	同じページを共有でき削減
読み込み単位	呼び出しごと	ページ単位の遅延読み込み
ランダムアクセス	オフセット指定が必要	添字アクセスで自然
小さな逐次処理	素直で十分	オーバーヘッドが見合わないことも

mmap が効くのは、システムコール回数とコピーを減らせる からです。read を何度も呼ぶ代わりに、ポインタ操作で済みます。

主な用途

mmap が向く場面は明確です。

• 巨大ファイルのランダムアクセス：必要なページだけ読み込めるので、全体をメモリに載せなくて済む
• プロセス間の共有メモリ：同じファイルを複数プロセスが MAP_SHARED で対応づければ、メモリを共有でき高速な IPC になる
• 実行ファイル／ライブラリのロード：OS はプログラムやライブラリをまさに mmap で読み込んでいる

まとめ

• メモリマップトファイルは、ファイルを 仮想アドレス空間に対応づけ、ポインタで直接読み書きする手法。
• 読み込みは ページフォルト契機の遅延 で行われ、触った部分だけがメモリに乗る。
• 巨大ファイルのランダムアクセス や プロセス間共有メモリ に強い。
• 小さな逐次処理や切り詰め時の事故には注意し、用途を見極めて使う。

土台は 仮想記憶（ページング）、他の通信手段は プロセス間通信（IPC） も合わせてどうぞ。