mmap底层驱动实现
myfb.c（申请了128K空间）
#include <linux/init.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/export.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/export.h>
#include <linux/mm_types.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/slab.h>
#define BUFF_SIZE (32 * 4 * 1024)
static char *buff;
static int major;
static struct class * myfb_class;
static int myfb_mmap (struct file *fp, struct vm_area_struct *vm)
{
int res;
//表示该vma在虚拟地址空间中的偏移地址，单位是页（4K）
//unsigned long offset = vm->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;
//计算被映射的物理内存的物理页帧号(物理地址+偏移)，以页为单位, virt_to_phys将虚拟地址转成物理地址
//vm->pgoff表示的是用户空间映射时在VMA中的偏移(即mmap最后一个参数,单位是字节,但vm->pgoff自动转成页单位)
unsigned long pfn_start = (virt_to_phys(buff) >> PAGE_SHIFT);
res = remap_pfn_range(vm, vm->vm_start,
pfn_start + vm->vm_pgoff, //在物理页帧号上加上偏移
vm->vm_end - vm->vm_start,
vm->vm_page_prot);
if(res){
printk("remap_pfn_range failed\n");
return -1;
}
printk("[kernel] pfn_start = 0x%lx, vm->vm_pgoff = 0x%lx, \
\n[kernel] vm->vm_start = 0x%lx, vm->vm_end = 0x%lx, vir_ker_start = 0x%lx\n", \
pfn_start, vm->vm_pgoff, vm->vm_start, vm->vm_end, (unsigned long)buff);
return 0;
}
static struct file_operations myfb_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.mmap = myfb_mmap,
};
static int myfb_init(void)
{
buff = kzalloc(BUFF_SIZE, GFP_KERNEL);
if (!buff){
printk("kzalloc failed!\n");
return -ENOMEM;
}
printk("kzalloc success!\n");
major = register_chrdev(0, "myfb", &myfb_fops);
myfb_class = class_create(THIS_MODULE, "myfb_class");
device_create(myfb_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "myfb");
return 0;
}
static void myfb_exit(void)
{
device_destroy(myfb_class, MKDEV(major, 0));
class_destroy(myfb_class);
unregister_chrdev(major, "myfb");
kfree(buff);
}
module_init(myfb_init);
module_exit(myfb_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
mmap_read.c
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#define PAGE_SIZE (4*1024)
#define BUFF_SIZE (1 * PAGE_SIZE)
#define OFFSET (2 * PAGE_SIZE)
char *p;
int fd;
void ctrlc(int signum)
{
munmap(p, BUFF_SIZE);
close(fd);
}
int main(void)
{
signal(SIGINT, ctrlc);
fd = open("/dev/myfb", O_RDWR);
p = (char *)mmap(NULL, BUFF_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE , MAP_SHARED, fd, OFFSET);
if(p){
printf("mmap addr = 0x%x\n", p);
printf("data = %s\n", p);
}else{
printf("mmap failed\n");
}
while(1){
sleep(1);
}
return 0;
}
mmap_write.c
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#define PAGE_SIZE (4*1024)
#define BUFF_SIZE (1 * PAGE_SIZE)
#define OFFSET (0 * PAGE_SIZE)
char *p;
int fd;
void ctrlc(int signum)
{
munmap(p, BUFF_SIZE);
close(fd);
}
int main(void)
{
signal(SIGINT, ctrlc);
fd = open("/dev/myfb", O_RDWR);
p = (char *)mmap(NULL, BUFF_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE , MAP_SHARED, fd, OFFSET);
if(p){
printf("mmap addr = 0x%x\n", p);
memcpy(p, "hello world", 20);
}else{
printf("mmap failed\n");
}
while(1){
sleep(1);
}
return 0;
}
Makefile
KERNEL_DIR = /home/me/Kernel_Uboot/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
all:
make -C $(KERNEL_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc mmap_read.c -o mmap_read
$(CROSS_COMPILE)gcc mmap_write.c -o mmap_write
clean:
make -C $(KERNEL_DIR) M=`pwd` modules clean
obj-m += myfb.o
当读和写的进程内存映射地址的偏移都为0时，读进程能把写进程写入的数据读出
当写进程内存映射地址偏移为0，读进程内存映射地址**偏移为2（单位页）**时，读进程读出数据为空
PS：注意到读写进程的pfn_start相同，这个值是映射的物理内存地址，vm->vm_pgoff 是偏移（单位页，一页=4K(4096)）
但是两个进程映射的虚拟地址结果不一定相同，虚拟地址是进程自己独有的，这点很容易理解。
1. 查看虚拟内存分布
查看读写进程的pid
写进程的虚拟内存分布
读进程的虚拟内存分布
1.1 分析虚拟内存映射部分
以读进程为例，/dev/myfb所在行即是内存映射的部分
76ffa000： vm->vm_start 的值
76ffb000： vm->vm_end 的值
rw-s： 表示的是 vm->vm_flags，"rw"表示可读可写，"s"表示 share共享，"p"表示 private 私有
00000000： 表示偏移量，即 vm->vm_pgoff（单位页，此处的偏移量单位是字节，需要做一下换算）
00:06 ： 表示主次设备号
2564： 表示 inode 值
/dev/myfb： 表示设备节点名
1.2 关于偏移量
将读进程中mmap函数最后一个参数改为2*4096（2页）后，进程的虚拟内存映射部分的地址分布如下。
可以看到偏移量为 00002000，即 2*4096字节 = 2页 = 8K
偏移量指的是mmap最后一个参数、同样也是vm->vm_pgoff（单位页），指的是映射时在文件的物理内存上的偏移，只映射了文件的部分内容，单位是页4K
2. remap_pfn_range函数
2.1 remap_pfn_range函数原型
/**
* remap_pfn_range - remap kernel memory to userspace
* @vma: user vma to map to
* @addr: target user address to start at
* @pfn: physical address of kernel memory
* @size: size of map area
* @prot: page protection flags for this mapping
*
* Note: this is only safe if the mm semaphore is held when called.
*/
int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t prot)
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| vm | 虚拟内存区域描述符，用于表示映射的虚拟内存区域 |
| addr | 映射的虚拟内存区域的首地址 |
| pfn | 物理页帧号 |
| size | 映射区域的大小 |
| prot | 物理页面的操作属性，例如读/写/执行权限 |
2.2 remap_pfn_range函数使用
这里主要搞懂 myfb.c 驱动代码中的 remap_pfn_range 中的如下代码
unsigned long pfn_start = (virt_to_phys(buff) >> PAGE_SHIFT);
res = remap_pfn_range(vm, vm->vm_start,
pfn_start + vm->vm_pgoff, //在物理页帧号上加上偏移
vm->vm_end - vm->vm_start,
vm->vm_page_prot);
- vm： 调用mmap时内核自动生成的VMA（虚拟内存描述符）
- vm->vm_start： 该VMA的起始地址
- vm->_end： 该VMA的结束地址
- virt_to_phys： 将虚拟地址转成物理地址
- PAGE_SHIFT： 宏，值为12，1<<PAGE_SHIFT表示4096，即4K，一页的大小
- vm->vm_pgoff： 指的是映射时在文件的物理内存上的偏移，只映射了文件的部分内容，单位是页(4K)
- vm->vm_page_prot： 该虚拟内存的访问权限，由mmap的参数决定，例如可读可写，共享等
