Linux驱动开发之mmap设备操作
一、mmap系统调用
void* mmap ( void * addr , size_tlen , 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,不需要再调用read,write等操作。
1、addr:指定映射的起始地址, 通常设为NULL, 由系统指定。
2、length:映射到内存的文件长度。
3、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
4、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。
5、fd:
由open返回的文件描述符, 代表要映射的文件。
6、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, 表示从文件头开始映射。
二、解除映射
int munmap(void *start,size_t length)
1、功能:取消参数start所指向的映射内存,参数length表示取消的内存大小。
2、返回值:解除成功返回0,否则返回-1,错误原因存于errno中。
3、实例分析
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
int fd;
char *start;
char buf[50];
fd = open("file", O_RDWR);//打开设备文件
start = mmap(NULL, 50, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);// 建立映射关系
strcpy(buf, start);// 读文件
printf("buf=%s\n", buf);
strcpy(start, "Hello World!!!\n");// 写文件
munmap(start, 50);// 解除映射
close(fd);// 关闭设备文件
return 0;
}
三、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组成为:程序代码、数据、BSS(未初始化数据段)和堆栈区域,以及内存映射的区域。
一个进程的内存区域可通过查看/proc/pid/maps
00400000-0043d000 r-xp 00000000 08:09 10622706 /usr/lib/udisks/udisks-daemon0063c000-0063d000 r--p 0003c000 08:09 10622706 /usr/lib/udisks/udisks-daemon
0063d000-0063e000 rw-p 0003d000 08:09 10622706 /usr/lib/udisks/udisks-daemon
0063e000-0063f000 rw-p 00000000 00:00 0
01de1000-01e02000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap]
7f65e0607000-7f65e0609000 r-xp 00000000 08:09 25953191 /lib/x86_64-linux-gnu/libdl-2.15.so
7f65e0609000-7f65e0809000 ---p 00002000 08:09 25953191 /lib/x86_64-linux-gnu/libdl-2.15.so
7f65e0809000-7f65e080a000 r--p 00002000 08:09 25953191 /lib/x86_64-linux-gnu/libdl-2.15.so
7f65e080a000-7f65e080b000 rw-p 00003000 08:09 25953191 /lib/x86_64-linux-gnu/libdl-2.15.so
7f65e080b000-7f65e0847000 r-xp 00000000 08:09 25953848 /lib/x86_64-linux-gnu/libpcre.so.3.12.1
7f65e0847000-7f65e0a46000 ---p 0003c000 08:09 25953848 /lib/x86_64-linux-gnu/libpcre.so.3.12.1
7f65e0a46000-7f65e0a47000 r--p 0003b000 08:09 25953848 /lib/x86_64-linux-gnu/libpcre.so.3.12.1
7f65e0a47000-7f65e0a48000 rw-p 0003c000 08:09 25953848 /lib/x86_64-linux-gnu/libpcre.so.3.12.1
7f65e0a48000-7f65e0a4f000 r-xp 00000000 08:09 10618343 /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libffi.so.6.0.0
7f65e0a4f000-7f65e0c4e000 ---p 00007000 08:09 10618343 /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libffi.so.6.0.0
7f65e0c4e000-7f65e0c4f000 r--p 00006000 08:09 10618343 /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libffi.so.6.0.0
7f65e0c4f000-7f65e0c50000 rw-p 00007000 08:09 10618343 /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libffi.so.6.0.0
7f65e0c50000-7f65e0c5c000 r-xp 00000000 08:09 25953698 /lib/x86_64-linux-gnu/libudev.so.0.13.0
7f65e0c5c000-7f65e0e5b000 ---p 0000c000 08:09 25953698 /lib/x86_64-linux-gnu/libudev.so.0.13.0
7f65e0e5b000-7f65e0e5c000 r--p 0000b000 08:09 25953698 /lib/x86_64-linux-gnu/libudev.so.0.13.0
7f65e0e5c000-7f65e0e5d000 rw-p 0000c000 08:09 25953698 /lib/x86_64-linux-gnu/libudev.so.0.13.0
7f65e0e5d000-7f65e0e75000 r-xp 00000000 08:09 25953197 /lib/x86_64-linux-gnu/libresolv-2.15.so
7f65e0e75000-7f65e1075000 ---p 00018000 08:09 25953197 /lib/x86_64-linux-gnu/libresolv-2.15.so
7f65e1075000-7f65e1076000 r--p 00018000 08:09 25953197 /lib/x86_64-linux-gnu/libresolv-2.15.so
7f65e1076000-7f65e1077000 rw-p 00019000 08:09 25953197 /lib/x86_64-linux-gnu/libresolv-2.15.so
7f65e1077000-7f65e1079000 rw-p 00000000 00:00 0
7f65e1079000-7f65e1096000 r-xp 00000000 08:09 25979837 /lib/x86_64-linux-gnu/libselinux.so.1
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内核使用结构体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
unsignedlong 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。
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,实际上是在访问设备。
mmap方法是file_oprations结构体的成员,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。
include/linux/mm.hint remap_pfn_range(struct vm_area_struct *, unsigned long addr,
unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t);
1)vma:虚拟内存区域指针
2)virt_addr:虚拟地址的起始值
3)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。
4) size:要映射的区域的大小。
5) prot:VMA的保护属性。