# mmap

`mmap`은 유닉스 계열 운영체제(Unix-like OS)에서 제공하는 시스템 콜(system call)로, 파일이나 디바이스를 메모리에 매핑하여 프로세스가 파일을 마치 메모리 배열처럼 직접 접근할 수 있게 해주는 기술입니다. 이 기능은 파일 입출력 성능을 크게 향상시키며, 특히 대용량 데이터 처리나 공유 메모리 기반의 프로세스 간 통신(IPC)에 널리 사용됩니다.

## 개요

`mmap`은 "memory map"의 약자로, 파일이나 다른 리소스를 프로세스의 가상 주소 공간에 매핑하는 시스템 콜입니다. 이를 통해 프로그래머는 `read()`나 `write()` 시스템 콜을 사용하지 않고도 파일을 읽거나 쓸 수 있습니다. 대신, 포인터를 통해 메모리처럼 접근하면 운영체제가 자동으로 데이터를 파일과 동기화합니다.

이 기술은 C/C++ 언어에서 주로 사용되며, POSIX 표준에 포함되어 있어 리눅스, macOS, BSD 등 대부분의 유닉스 계열 시스템에서 사용 가능합니다.

## 기본 사용법

`mmap`은 `<sys/mman.h>` 헤더에 정의되어 있으며, 다음과 같은 프로토타입을 가집니다:

```c
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
```

### 매개변수 설명

| 매개변수 | 설명 |
|---------|------|
| `addr` | 매핑할 메모리 주소 (보통 `NULL`로 지정하면 시스템이 자동 할당) |
| `length` | 매핑할 데이터의 크기 (바이트 단위) |
| `prot` | 메모리 보호 권한 (`PROT_READ`, `PROT_WRITE`, `PROT_EXEC` 등) |
| `flags` | 매핑의 특성 (`MAP_SHARED`, `MAP_PRIVATE`, `MAP_ANONYMOUS` 등) |
| `fd` | 매핑할 파일의 파일 디스크립터 |
| `offset` | 파일 내 매핑 시작 위치 (페이지 경계에 맞춰야 함) |

### 반환값

성공 시 매핑된 메모리 영역의 시작 주소를 반환하고, 실패 시 `MAP_FAILED` (`(void *)-1`)을 반환합니다.

### 해제: `munmap`

매핑된 메모리는 `munmap()` 함수로 해제해야 합니다.

```c
int munmap(void *addr, size_t length);
```

## 주요 특징 및 장점

### 1. **성능 향상**

전통적인 `read()`/`write()`는 커널 공간과 사용자 공간 간 데이터 복사를 반복하므로 오버헤드가 큽니다. 반면 `mmap`은 파일을 메모리에 매핑하여, CPU 캐시를 효율적으로 활용하고 불필요한 복사를 줄입니다.

### 2. **지연 로딩 (Lazy Loading)**

`mmap`은 전체 파일을 즉시 메모리에 올리지 않고, 필요할 때만 페이지 단위로 로딩합니다. 이로 인해 메모리 사용량을 절약할 수 있습니다.

### 3. **프로세스 간 공유 메모리**

`MAP_SHARED` 플래그를 사용하면 여러 프로세스가 동일한 파일을 매핑하여 공유 메모리를 구현할 수 있습니다. 이는 프로세스 간 통신(IPC)에 매우 유용합니다.

### 4. **대용량 파일 처리**

데이터베이스 시스템이나 로그 처리기 등에서 수 기가바이트 이상의 파일을 효율적으로 처리할 때 `mmap`이 자주 활용됩니다.

## 사용 예제

다음은 파일을 읽기 전용으로 매핑하여 내용을 출력하는 간단한 C 예제입니다.

```c
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    struct stat sb;
    if (fstat(fd, &sb) == -1) {
        perror("fstat");
        exit(1);
    }

    char *mapped = mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    if (mapped == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        exit(1);
    }

    printf("File contents:\n%s", mapped);

    munmap(mapped, sb.st_size);
    close(fd);
    return 0;
}
```

이 코드는 `example.txt` 파일을 메모리에 매핑하고, 문자열로 출력합니다.

## 주의사항 및 제한

- **페이지 경계 정렬**: `offset`은 일반적으로 시스템 페이지 크기(보통 4KB)의 배수여야 합니다.
- **메모리 부족**: 매우 큰 파일을 매핑하면 가상 메모리 부족이 발생할 수 있습니다.
- **동기화 문제**: `MAP_SHARED` 사용 시, 여러 프로세스가 동시에 접근하면 동기화가 필요합니다.
- **플랫폼 의존성**: Windows에서는 유사 기능을 `CreateFileMapping`과 `MapViewOfFile`으로 제공합니다.

## 관련 시스템 콜

- `munmap()`: 매핑 해제
- `msync()`: 매핑된 메모리를 디스크에 동기화
- `mprotect()`: 매핑된 메모리의 보호 권한 변경
- `madvise()`: 운영체제에 메모리 사용 패턴을 힌트로 제공

## 참고 자료

- [POSIX mmap 문서](https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/functions/mmap.html)
- Linux Programmer's Manual (`man 2 mmap`)
- 책: *"The Linux Programming Interface"* by Michael Kerrisk

`mmap`은 시스템 프로그래밍에서 고성능 I/O를 구현하는 핵심 도구로, 적절히 사용하면 성능과 코드 가독성을 동시에 향상시킬 수 있습니다.