Linux内核驱动--mmap设备方法

mmap系统调用（功能）

void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset)

内存映射函数mmap , 负责把文件内容映射到进程的虚拟内存空间，通过对这段内存的读取和修改，来实现对文件的读取和修改，而不需要再调用read, write等操作。

addr:        指定映射的起始地址，通常设为NULL, 由系统指定。

len:          映射到内存的文件长度

prot:      映射区的保护方式， 可以是：

PROT_EXEC:  映射区可被执行

PROT_READ:  映射区可被读取

PROT_WRITE: 映射区可被写入

flags:        映射区的特性，可以是：

                 MAP_SHARED:

                 写入映射区的数据会复制回文件，且允许其他映射该文件的进程共享

                 MAP_PRIVATE:

对映射区的写入操作会产生一个映射区的复制（copy-on-write）, 对此区域所做的修改不会写回原文件。

fd:            由open返回的文件描述符，代表要映射的文件

offset:      以文件开始处的偏移量，必须是分页大小的整数倍，通常为0，表示从文件开头映射

解除映射

int munmap(void *start, size_t length)

功能：

                 取消参数start所指向的映射内存，参数length表示欲取消的内存大小

返回值：

                 解除成功返回0，否则返回-1，错误原因存于errno中。

注意：

mmap      不影响原文件的长度，如果写入的长度超出了原文件的长度，那么就只能写入原文件的长度大小的数据内容

代码：

#include <stdio.h>

 #include <string.h>                                                                                

 #include <sys/types.h>

 #include <sys/stat.h>

 #include <fcntl.h>

 #include <unistd.h>

 #include <sys/mman.h>

 int main(void)

-{

|    int fd;

|    char *start=NULL;

|    char buf[100];

|

|    fd = open("t.txt", O_RDWR | O_CREAT);

|    start = mmap(NULL, 100, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);

|       

|    strcpy(buf, start);

|    printf("buf is %s\r\n", buf);

|

|    strcpy(start, "sky is hello");

|    munmap(start, 100);

|    close(fd);

|

|    return 0;

|}

虚拟内存区域

     虚拟内存区域是进程的虚拟地址空间中的一个同质区间，即具有同样特性的连续地址

范围。一个进程的内存映像由下面几部分组成：程序代码、数据、BSS和栈区域，以及内存

映射的区域。

一个进程的内存区域可以通过 /proc/pid/maps来查看

例如：cat   /proc/6/maps 

每一行的域为：

Start_end perm offset major:minor inode

Start: 该区域起始虚拟地址

End：该区域结束虚拟地址

Perm：读、写和执行权限；表示对这个区域，允许进程做什么。这个域的最后一个字符要么是p表示私有的，要么是s表示共享的

Offset: 被映射部分在文件中的起始地址

Major、minor: 主次设备号

Inode: 索引结点

Linux内核使用结构vm_area_struct

(<linux/mm_types.h>)来描述虚拟内存区域，其中几个主要成员如下：

unsigned long vm_start   虚拟内存区域起始地址

unsigned long vm_end    虚拟内存区域结束地址

unsigned long vm_flags    该区域的标记。如：VM_IO和VM_RESERVED。

VM_IO将该VMA标记为内存映射的IO区域，VM_IO会阻止系统将该区域包含在进程的存放转存（core dump）中, VM_RESERVED 标志内存区域不能被换出。

mmap设备操作

      映射一个设备是指把用户空间的一段地址关联到设备内存上。当程序读写这段用户空间的地址时，它实际上是在访问设备。

内存管理单元去关联的，通过页式管理关联的，具体如何关联的去了解linux内存管理吧。

mmap设备方法需要完成什么功能？

Mmap方法是file_oprations结构的成员，在mmap系统调用发出时被调用。在此之前，内核已经完成了很多工作。Mmap设备方法所需要做的就是建立虚拟地址到物理地址的页表。

int  (*mmap) (struct file*, struct vm_area_struct *)

mmap如何完成页表的建立？

方法有二：

1、  使用remap_pfn_range一次建立所有页表；

2、  使用nopage  VMA方法每次建立一个页表

构造页表的工作可由remap_pfn_range函数完成，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:                         虚拟内存区域指针

virt_addr:        虚拟地址的起始值

pfn:                          要映射的物理地址所在的物理页帧号，可将物理地址>>PAGE_SHIFT得到,这个宏定义是12，就是除以4KB

size：              要映射的区域的大小

prot：              VMA的保护属性

例子：

int memdev_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)

{

        //设置保护属性

        vma->vm_flags |= VM_IO;

        vma->vm_flags |= VM_RESERVED;

        if (remap_pfm_range(vma, vma->vma-start, virt_to_phys(dev->data)>>PAGE_SHIFT,

size, vma->vm_page_prot))

                 return –EAGAIN;

        return 0;

}

Dev-data是虚拟地址，就要用virt_to_phys转换为物理地址，如果是物理地址，那就不用转化了。

这样就实现了mmap的设备操作