linux記憶體學習筆記（二）——裝置地址到使用者空間
系統呼叫mmap(使用者空間使用)
caddr_t mmap(caddr_t addr,size_t len,int prot,int flags,int fd,off_t offset);
prot,指定訪問許可權，
PROT_READ(可讀)，
PROT_WRITE(可寫)
PROT_EXEC（可執行）
PROT_NONE（不可訪問）
caddr_t，實際上是 void *;
驅動中的mmap（核心空間）
int(*mmap)(struct file *,struct vm_area_struct *);
VMA,即vm_area_struct，用於描述一個虛擬記憶體區域
struct vm_area_struct{
struct mm_struct *vm_mm;
unsigned long vm_start;
unsigned long vm_end;
pgprot_t vm_page_prot;
unsigned long vm_flags;
struct vm_operations_struct *vm_ops;
unsigned long vm_pgoff;
struct file *vm_file;
void *vm_private_data;
……
}
當用戶進行mmap()系統呼叫後，儘管VMA已經產生，但是核心卻不會呼叫VMA操作集中的open()函式。通常需要在驅動的 mmap()函式中顯示呼叫 vma->vm_ops->open()。
使用模板
static int xxx_mmap(struct file *filp,struct vm_area_struct *vma)
{
if(remap_pfn_range(vma,vma->vma_start,vm->vm_pgoff,vma->vm_end-
vma->vm_start,vma->vm_page_prot))
return –EAGAIN;
vma->vm_ops=&xxx_rempa_vm_ops;
xxx_vma_open(vma);//顯式呼叫
return 0;
}
void xxx_vma_open(struct vm_area_struct *vma)
{
……
printk(KERN_NOTICE “xxx_VMA open”);
}
void xxx_vma_close(struct vm_area_struct *vma)
{
……
printk(KERN_NOTICE “xxx VMA close.\n”);
}
static struct vm_operations_struct xxx_remap_vm_ops={
.open=xxx_vma_open,
.close=xxx_vma_close,
……
};
模板說明：
（1） VMA的資料成員是核心根據使用者的請求自動填充的。
（2） vm_pgoff,這個成員是要對映到實體地址上的頁楨號。頁楨號實際上是實際的實體地址右移PAGA_SIZE得到的
（3） 整個對映的過程是有方向性的，同用戶空間（程序地址）到物理空間，而且使用者空間需要多少，物理空間才提供多少。提供的頁楨號從vm_pgoff開始。
（4） 對映必須以PAGE_SIZE為單位進行。即vma->vm_end - vma->vm_start=N*PAGE_SIZE
（5） remap_pfn_range()函式原型
int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma,unsigned long addr,
unsigned long pfn,unsigned long size,pgprot_t prot);
建立頁表。即對映。
還有一個作用相似的函式
int remap_page_range(unsigned long start,unsigned long phy_addr,
unsigned long size, pgprot_t prot);
它和 remap_pfn_range的區別就是前者用實際的實體地址（第二個引數）建立頁表，後者用頁楨號建立頁表。
remap_pfn_range函式的一個限制是：它只能訪問保留頁和超出實體記憶體的實體地址。（Linux中，在記憶體對映時，實體地址頁被標記為reserved，表示記憶體管理對其不起作用。如在PC中，640KB-1MB之間的記憶體被標記為保留的，因為這個範圍位於核心自身程式碼的內部。）所以remap_pfn_range不允許重新對映常規地址。包括呼叫get_free_page函式所獲得的地址。相反，他能對映零記憶體頁。（引用來自網路）
kmalloc()申請的記憶體若要被對映到使用者空間可以通過mem_map_reserve()設定為保留後進行。
使用模板
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模組載入函式
buffer = kmalloc(BUF_SIZE,GFP_KERNEL);
for(page=virt_to_page(buffer);page<virt_to_page(buffer+BUF_SIZE);page++)
mem_map_reserve(page);
mmap()函式中
while(size>0) {
phyaddr=virt_to_phys((void *)buffer)
if(remap_page_range(start,phyaddr,PAGE_SIZE,PAGE_SHARED))
return –EAGAIN;
start +=PAGE_SIZE;
buffer +=PAGE_SIZE;
size -= PAGE_SIZE;
}return 0;
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通常情況，I/O記憶體被對映時需要是noche的，這時，只需要在mmap()函式的使用模板中，對vma->vm_page_prot的標誌設為nocache即可。
即vma->vm_page_prot=pgprot_noncached(vma->vm_page_prot);
nopage()函式
當發生缺頁異常時，VMA操作集中的nopage()方法被呼叫。實現nopage()後，使用者通過mremap()系統呼叫重新對映區域所繫結的地址。
模板
struct page *xxx_vma_nopage(struct vm_area_struct *vma,unsigned long address,int *type)
{
struct page *pageptr;
unsigned long offset = vma->vm_pgoff<<PAGE_SHIFT;
unsigned long physaddr = address – vma->vm_start+offset;
unsigned long pageframe = physaddr >> PAGE_SHIFT;
if(!pfn_valid(pageframe))
return NOPAGE_SIGBUS;
pageptr = pfn_to_page(pageframe);
get_page(pageptr);
if(type)
*type = VM_FAULT_MINOR;
return pageptr;
}
說明，pfn_valid（）確保由使用者給定的虛擬地址轉化成實體地址頁楨號時是有效的。這樣，才能實現缺頁後，找到正確的物理頁面地址填充。
nopage()中的address，可以是低端記憶體地址。對它的對映即是對RAM對映。而remap_pfn_range()一般對映裝置記憶體。