MMIO 和 mmap 文件映射都涉及将外部资源（除 CPU 寄存器和内存以外）映射到进程的地址空间中，但它们并非等同。本文将对二者进行分别介绍，并对比它们之间的区别和联系。

MMIO

计算机系统中的设备种类繁多，不同设备它们的物理结构、电气特性可能完全不同。因此为了屏蔽其中的差异，让 CPU 更好的与不同的设备进行交互，各种不同的设备都被抽象成了一系列的外部接口，也就是 设备寄存器 。CPU 与设备交互的方式，就是对这些寄存器进行读写。

那么问题自然应运而生，以什么样的方式，或者更具体地说，执行什么样的指令对设备寄存器进行读写？通常来说有两种：一种是 CPU 采用特殊的 I/O 指令（如 x86 架构下的 in/out 指令），指令中对应的设备寄存器地址位于一片专门的 I/O 地址空间中，这种方式成为端口映射 I/O（Port-Mapped I/O, PMIO）；而另一种则是将设备寄存器的地址映射到进程的虚拟地址空间中，进而直接使用普通的内存读写指令（如 x86 架构下的 mov）对其进行读写，这种方式称为内存映射 I/O（Memory-Mapped I/O），也就是本文要介绍的 MMIO。

在 Linux 内核驱动代码中，通常使用 ioremap 来进行 MMIO 的映射：

void __iomem *regs = ioremap(phys_addr, size);
// 写入硬件寄存器
writel(value, regs + offset);

mmap 文件映射

属于 MMIO 的一种？《UNIX 环境高级编程 p422》

mmap 是一个类 UNIX 系统中常见的系统调用接口，用于向进程的地址空间中新增一段虚拟内存段，其声明如下：

void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flag, int fd, off_t off);

如果指定了 fd 参数（fd 不为 -1），那么 fd 所指向的文件将会从 off 偏移量的位置开始映射一段长度为 len 的数据内容到地址空间中，对文件的读写可以直接转换为对被映射内存地址的读写。当然这个过程通常带有 lazy 的策略，即只有实际读取时才进行加载。示例代码如下：

int fd = open("data.txt", O_RDWR);
void *addr = mmap(NULL, length, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
// 直接通过指针读写文件内容
memcpy(addr, buffer, length);

二者的区别和联系

可以看到，二者在使用上的区别还是很显著的。mmap 操作的是持久化的存储（文件），目的是方便对文件数据的读写；MMIO 操作的是硬件行为，目的是控制设备的状态。

但是我在阅读《UNIX 环境高级编程：第 3 版》（下面简称 APUE）第 14.8 节——存储映射 I/O 时，其中介绍的内容正是 mmap 接口。实际上，APUE 中所描述的 MMIO，指的应该是 广义上 的 MMIO —— 即通过内存地址实现 I/O 操作。将存储在磁盘中的文件映射到地址空间中，其实也是在将磁盘的某些扇区映射到地址空间中，那么对这些地址的写入，最终也会转换为对文件的写入（如果使用 MAP_SHARED 映射类型），对文件的写入，需要通过调用磁盘驱动程序来对更改磁盘上指定的比特位，借此实现持久化，这其实也是在更改设备的状态。从这个角度来看，mmap 文件映射也是 MMIO 的一种。

最后总结，MMIO 更多是一种理念，是 UNIX 哲学 —— “将复杂操作统一到通用抽象”的延续。