Artikel IO pemacu Linux - operasi mmap

Kata Pengantar

Biasanya apabila kami menulis pemacu Linux dan berinteraksi dengan ruang pengguna, kami sentiasa menggunakan copy_from_userSalin data yang dihantar daripada ruang pengguna. Mengapa anda melakukan ini? copy_from_user把用户空间传过来的数据进行拷贝，为什么要这么做呢？

因为用户空间是不能直接内核空间数据的，他们映射的是不同的地址空间，只能先将数据拷贝过来，然后再操作。

如果用户空间需要传几MB的数据给内核，那么原来的拷贝方式显然效率特别低，也不太现实，那怎么办呢？

想想，之所以要拷贝是因为用户空间不能直接访问内核空间，那如果可以直接访问内核空间的buffer，是不是就解决了。

简单来说，就是让一块物理内存拥有两份映射，即拥有两个虚拟地址，一个在内核空间，一个在用户空间。关系如下：

通过mmap映射就可以实现。

应用层

应用层代码很简单，主要就是通过mmap系统调用进行映射，然后就可以对返回的地址进行操作。

char * buf;
/* 1. 打开文件 */
 fd = open("/dev/hello", O_RDWR);
 if (fd == -1)
 {
      printf("can not open file /dev/hello\n");
      return -1;
 }

/* 2. mmap
       * MAP_SHARED  : 多个APP都调用mmap映射同一块内存时, 对内存的修改大家都可以看到。
       *               就是说多个APP、驱动程序实际上访问的都是同一块内存
       * MAP_PRIVATE : 创建一个copy on write的私有映射。
       *               当APP对该内存进行修改时，其他程序是看不到这些修改的。
       *               就是当APP写内存时, 内核会先创建一个拷贝给这个APP,
       *               这个拷贝是这个APP私有的, 其他APP、驱动无法访问。
       */
buf =  mmap(NULL, 1024*8, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);

mmap的第一个参数是想要映射的起始地址，通常设置为NULLOleh kerana ruang pengguna tidak boleh mengakses data ruang kernel secara langsung, mereka memetakan ruang alamat yang berbeza, jadi data hanya boleh disalin dahulu dan kemudian dikendalikan.

Jika ruang pengguna perlu memindahkan beberapa MB data ke kernel, maka kaedah salinan asal jelas sangat tidak cekap dan tidak realistik, jadi apa yang perlu kita lakukan? 🎜🎜Fikir-fikirkan, sebab untuk menyalin adalah kerana ruang pengguna tidak dapat mengakses ruang kernel secara langsung Jadi jika penimbal dalam ruang kernel boleh diakses secara terus, adakah ia akan diselesaikan? 🎜🎜🎜Secara ringkasnya, ia bermakna sekeping memori fizikal mempunyai dua pemetaan, iaitu, ia mempunyai dua alamat maya, satu dalam ruang kernel dan satu dalam ruang pengguna. 🎜Hubungannya adalah seperti berikut: 🎜

🎜Olehmmap pemetaan boleh dicapai. 🎜🎜🎜🎜🎜Lapisan aplikasi🎜🎜 🎜🎜🎜Kod lapisan aplikasi adalah sangat mudah, terutamanya melalui mmap🎜 panggilan sistem🎜 untuk pemetaan, dan kemudian anda boleh mengendalikan alamat yang dikembalikan. 🎜

int remap_pfn_range(
  struct vm_area_struct *vma, 
  unsigned long addr, 
  unsigned long pfn, 
  unsigned long size, 
  pgprot_t prot);

🎜mmapparameter pertama ialah alamat permulaan yang anda ingin petakan, biasanya ditetapkan kepada NULL , 🎜 bermakna kernel menentukan alamat permulaan 🎜. 🎜<p data-tool="mdnice编辑器" style="padding-top: 8px;padding-bottom: 8px;line-height: 26px;">Parameter kedua ialah <strong>saiz ruang memori yang akan dipetakan</strong>. </p> <p data-tool="mdnice编辑器" style="padding-top: 8px;padding-bottom: 8px;line-height: 26px;">Parameter ketiga<code style="font-size: 14px;padding: 2px 4px;border-radius: 4px;margin-right: 2px;margin-left: 2px;background-color: rgba(27, 31, 35 , 0.05);font-family: " operator mono consolas monaco menlo monospace break-all rgb>PROT_READ | PROT_WRITE Menunjukkan bahawa ruang yang dipetakan adalah PROT_READ | PROT_WRITE表示映射后的空间是可读可写的。

第四个参数可填MAP_SHARED或MAP_PRIVATEboleh dibaca dan boleh ditulis

. 🎜🎜Parameter keempat boleh diisiMAP_SHARED atau MAP_PRIVATE：🎜

• MAP_SHARED: BerbilangAPP

all call mmap Apabila memetakan memori yang sama, semua orang boleh melihat pengubahsuaian pada memori. Maksudnya, berbilang APP, driver semua mengakses memori yang sama.

MAP_SHARED：多个APP都调用mmap映射同一块内存时, 对内存的修改大家都可以看到。就是说多个APP、驱动程序实际上访问的都是同一块内存。

MAP_PRIVATE：创建一个copy on write的私有映射。当APP对该内存进行修改时，其他程序是看不到这些修改的。就是当APP写内存时, 内核会先创建一个拷贝给这个APP，这个拷贝是这个APP🎜MAP_PRIVATE kod>: Cipta <code style="font-size: 14px;padding: 2px 4px;border-radius: 4px;margin-right: 2px;margin-left: 2px;background-color: rgba(27, 31, 35 , 0.05);font-family: " operator mono consolas monaco menlo monospace break-all rgb>copy on write Private pemetaan. ApabilaApabila APP mengubah suai memori ini, Program lain tidak dapat melihat pengubahsuaian ini. Itulah apabilaAPPApabila menulis ke ingatan, kernel akan mula-mula membuat salinan untuk iniAPP, salinan ini ialahAPP adalah peribadi dan tidak boleh diakses oleh APP dan pemacu lain.

驱动层

驱动层主要是实现mmap接口，而mmap接口的实现，主要是调用了remap_pfn_range函数，函数原型如下：

int remap_pfn_range(
  struct vm_area_struct *vma, 
  unsigned long addr, 
  unsigned long pfn, 
  unsigned long size, 
  pgprot_t prot);

vma：描述一片映射区域的结构体指针

addr：要映射的虚拟地址起始地址

pfn：物理内存所对应的页框号，就是将物理地址除以页大小得到的值

size：映射的大小

prot：该内存区域的访问权限

驱动主要步骤：

1、使用kmalloc或者kzalloc函数分配一块内存kernel_buf，因为这样分配的内存物理地址是连续的，mmap后应用层会对这一个基地址去访问这块内存。

2、实现mmap函数

static int hello_drv_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
{
 /* 获得物理地址 */
 unsigned long phy = virt_to_phys(kernel_buf);//kernel_buf是内核空间分配的一块虚拟地址空间
    
    /* 设置属性：cache, buffer*/
 vma->vm_page_prot = pgprot_writecombine(vma->vm_page_prot);
    
    /* map */
    if(remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, phy>>PAGE_SHFIT,
                      vma->vm_end - vma->start, vma->vm_page_prot)){
 printk("mmap remap_pfn_range failed\n");
    return -ENOBUFS;
 }
 return 0;
}

static struct file_operations my_fops = {
 .mmap = hello_drv_mmap,
};

1、通过virt_to_phys将虚拟地址转为物理地址，这里的kernel_buf是内核空间的一块虚拟地址空间

2、设置属性：不使用cache，使用buffer

3、映射：通过remap_pfn_range函数映射，phy>>PAGE_SHIFT其实就是按page映射，除了这个参数，其他的起始地址、大小和权限都可以由用户在系统调用函数中指定。

当应用层调用mmap后，就会调用到驱动层的mmap函数，最终应用层的虚拟地址和驱动中的物理地址就建立了映射关系，应用层也就可以直接访问驱动的buffer了。

Atas ialah kandungan terperinci Artikel IO pemacu Linux - operasi mmap. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!