当mmap()请求映射尺寸大于文件时的预期行为探究

用户给出的mmap使用示例：

// 假设 PAGE_SIZE == 4096
int fd = open("/some/large/resource", O_RDONLY);
void *buffer = mmap(NULL, 8192, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
// 使用buffer
munmap(buffer, 8192);

对应的read实现示例：

int fd = open("/some/large/resource", O_RDONLY);
void *buffer = malloc(8196);
read(fd, buffer, 8196);
// 使用buffer
free(buffer);

当前场景：目标文件/some/large/resource实际大小为4096字节（一页），但mmap尝试映射8192字节（两页），以下分析两种方式的差异及mmap不同flag下的行为：

read方式的表现 #

调用read后，会返回实际读取的4096字节，malloc分配的缓冲区中未被填充的剩余部分（4096-8195字节）是未初始化内存，值不确定，但可正常写入。

mmap的行为（按flag分类） #

MAP_SHARED 模式 #

• mmap调用本身不会报错，内核允许创建超出文件大小的映射区域。
• 当访问超出文件大小的那一页（即4096-8191字节范围）时，会触发SIGBUS信号，直接导致程序崩溃。原因是MAP_SHARED要求映射区域与原文件同步，但原文件以O_RDONLY打开，无法扩展来容纳超出的页，内核无法完成映射页与文件的关联，因此触发总线错误。

MAP_PRIVATE 模式 #

• mmap调用同样不会报错。
• 访问超出文件大小的那一页时，内核会自动分配一块私有匿名页，并将其初始化为0。此时读取这部分内存会得到全0值；如果映射时设置了PROT_WRITE权限，写入这部分只会修改私有页，不会影响原文件。

核心差异总结 #

• 映射超出文件大小的区域时，mmap本身不会失败，行为差异体现在实际访问超出区域时。
• MAP_SHARED下访问超出区域（只读文件场景）会触发SIGBUS；MAP_PRIVATE下会得到初始化为0的私有页，可安全访问。
• 与read方式的区别：read的剩余缓冲区是未初始化的垃圾值，而mmap在MAP_PRIVATE下超出部分是0，MAP_SHARED下直接触发错误。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者CPlus