Linux设备驱动：mmap设备操作 |
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Linux设备驱动：mmap设备操作
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1.mmap系统调用 void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);功能：负责把文件内容映射到进程的虚拟地址空间，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和write； 参数：addr：映射的起始地址，设为NULL由系统指定； len：映射到内存的文件长度； prot：期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。PROT_EXEC,PROT_READ,PROT_WRITE等； flags：指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。MAP_SHARED，MAP_PRIVATE等； fd：由open返回的文件描述符，代表要映射的文件； offset：开始映射的文件的偏移。 返回值：成功执行时，mmap()返回被映射区的指针。失败时，mmap()返回MAP_FAILED。 mmap映射图：
2.解除映射： int munmap(void *start, size_t length); 3.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。一个进程的内存映象由下面几个部分组成：程序代码、数据、BSS和栈区域，以及内存映射的区域。 linux内核使用vm_area_struct结构来描述虚拟内存区。其主要成员： unsigned long vm_start; /* Our start address within vm_mm. */ unsigned long vm_end; /* The first byte after our end address within vm_mm. */ unsigned long vm_flags; /* Flags, see mm.h. 该区域的标记。如VM_IO（该VMA标记为内存映射的IO区域,会阻止系统将该区域包含在进程的存放转存中）和VM_RESERVED（标志内存区域不能被换出）。*/4.mmap设备操作： 映射一个设备是指把用户空间的一段地址（虚拟地址区间）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。 mmap方法是file_operations结构的成员，在mmap系统调用的发出时被调用。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（虚拟地址和设备的物理地址的关联通过页表）。 static int mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)；mmap如何完成页表的建立？（两种方法） （1）使用remap_pfn_range一次建立所有页表。 int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr, unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t prot)； /** * remap_pfn_range - remap kernel memory to userspace * @vma: user vma to map to：内核找到的虚拟地址区间 * @addr: target user address to start at：要关联的虚拟地址 * @pfn: physical address of kernel memory：要关联的设备的物理地址，也即要映射的物理地址所在的物理帧号，可将物理地址>>PAGE_SHIFT * @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. */（2）使用nopage VMA方法每次建立一个页表； 5.源码分析： （1）memdev.h View Code /*mem设备描述结构体*/ struct mem_dev { char *data; unsigned long size; }; #endif /* _MEMDEV_H_ */（2）memdev.c View Code static int mem_major = MEMDEV_MAJOR; module_param(mem_major, int, S_IRUGO); struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/ struct cdev cdev; /*文件打开函数*/ int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp) { struct mem_dev *dev; /*获取次设备号*/ int num = MINOR(inode->i_rdev); if (num >= MEMDEV_NR_DEVS) return -ENODEV; dev = &mem_devp[num]; /*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/ filp->private_data = dev; return 0; } /*文件释放函数*/ int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp) { return 0; } static int memdev_mmap(struct file*filp, struct vm_area_struct *vma) { struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/ vma->vm_flags |= VM_IO; vma->vm_flags |= VM_RESERVED; if (remap_pfn_range(vma,vma->vm_start,virt_to_phys(dev->data)>>PAGE_SHIFT, vma->vm_end - vma->vm_start, vma->vm_page_prot)) return -EAGAIN; return 0; } /*文件操作结构体*/ static const struct file_operations mem_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = mem_open, .release = mem_release, .mmap = memdev_mmap, }; /*设备驱动模块加载函数*/ static int memdev_init(void) { int result; int i; dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0); /* 静态申请设备号*/ if (mem_major) result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev"); else /* 动态分配设备号 */ { result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev"); mem_major = MAJOR(devno); } if (result < 0) return result; /*初始化cdev结构*/ cdev_init(&cdev, &mem_fops); cdev.owner = THIS_MODULE; cdev.ops = &mem_fops; /* 注册字符设备 */ cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS); /* 为设备描述结构分配内存*/ mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL); if (!mem_devp) /*申请失败*/ { result = - ENOMEM; goto fail_malloc; } memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev)); /*为设备分配内存*/ for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++) { mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE; mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL); memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE); } return 0; fail_malloc: unregister_chrdev_region(devno, 1); return result; } /*模块卸载函数*/ static void memdev_exit(void) { cdev_del(&cdev); /*注销设备*/ kfree(mem_devp); /*释放设备结构体内存*/ unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/ } MODULE_AUTHOR("David Xie"); MODULE_LICENSE("GPL"); module_init(memdev_init); module_exit(memdev_exit);（3）app-mmap.c #include #include #include #include #include #include int main() { int fd; char *start; //char buf[100]; char *buf; /*打开文件*/ fd = open("/dev/memdev0",O_RDWR); buf = (char *)malloc(100); memset(buf, 0, 100); start=mmap(NULL,100,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0); /* 读出数据 */ strcpy(buf,start); sleep (1); printf("buf 1 = %s\n",buf); /* 写入数据 */ strcpy(start,"Buf Is Not Null!"); memset(buf, 0, 100); strcpy(buf,start); sleep (1); printf("buf 2 = %s\n",buf); munmap(start,100); /*解除映射*/ free(buf); close(fd); return 0; }测试步骤： （1）编译安装内核模块：insmod memdev.ko （2）查看设备名、主设备号：cat /proc/devices （3）手工创建设备节点：mknod /dev/memdev0 c *** 0 查看设备文件是否存在：ls -l /dev/* | grep memdev （4）编译下载运行应用程序：./app-mmap 结果：buf 1 = buf 2 = Buf Is Not Null! 总结：mmap设备方法实现将用户空间的一段内存关联到设备内存上，对用户空间的读写就相当于对字符设备的读写；不是所有的设备都能进行mmap抽象，比如像串口和其他面向流的设备就不能做mmap抽象。 原文作者：LoveFM 原文地址：Linux设备驱动之mmap设备操作 - LoveFM - 博客园（版权归原文作者所有，侵权留言联系删除）
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