太原自助建站,公司英文网站多少钱,在印尼用哪个网站做电商,陕西省交通建设厅网站本期主题#xff1a; MMU的简单介绍#xff0c;以及如何实现设备地址映射到用户空间 往期链接#xff1a;
Linux内核链表零长度数组的使用inline的作用嵌入式C基础——ARRAY_SIZE使用以及踩坑分析Linux下如何操作寄存器#xff08;用户空间、内核空间方法讲解#xff09;…本期主题 MMU的简单介绍以及如何实现设备地址映射到用户空间 往期链接
Linux内核链表零长度数组的使用inline的作用嵌入式C基础——ARRAY_SIZE使用以及踩坑分析Linux下如何操作寄存器用户空间、内核空间方法讲解 目录 0. 问题背景1. MMU虚拟内存1. 存在的原因2. 内存管理单元 2. 将设备地址映射到用户空间1. 原理说明2. 系统调用mmap例子3. 驱动的mmap例子 0. 问题背景 在项目开发的过程中遇到了需要 用户空间访问驱动里分配的数据的问题趁机把这块知识补齐了一下由于需要高频访问所以 copy_to_user这种方案肯定是不可行的。 1. MMU虚拟内存
1. 存在的原因
首先理解一下为什么需要有虚拟内存这么一个概念总结了以下好处 进程隔离和内存保护如果没有虚拟内存假如A进程发生了地址访问问题可能直接把不相关的B进程也影响到了这样是不合理的。虚拟内存的方法就给每个进程提供了自己的虚拟空间增加了系统的安全性和稳定性。地址空间重用物理内存地址是有限且连续的而虚拟内存允许操作系统在物理内存中灵活地管理进程使用的地址空间。进程的虚拟地址空间可以是连续的而实际的物理内存可以是不连续的这种方式更高效地使用内存并减少碎片。简化编程模型使用虚拟内存开发人员可以编写和管理程序而不必担心物理内存的实际大小和地址布局这让开发变得更简单。 2. 内存管理单元
高性能处理器一般会提供一个内存管理单元MMU该单元辅助操作系统进行内存管理现代处理器常用的方案是 虚拟寻址方式virtual addressing参考下图 简单介绍 使用虚拟寻址时 CPU会通过虚拟地址virtual address, VA来访问主存MMU进行地址翻译把虚拟地址转换成物理地址最后进行访问 2. 将设备地址映射到用户空间
1. 原理说明
一般情况下用户空间是不能直接访问设备的寄存器或者地址空间的。 但是可以在设备驱动程序中实现mmap()函数这个函数可以使得用户空间直接访问设备的地址空间。
mmap实现了这样的映射过程 将用户空间的一段内存与设备内存关联当用户访问用户空间的这段地址范围时转换成对设备的访问 这种特性对显示一类的设备非常有意义这样在用户空间就可以直接访问了不需要从内核空间到用户空间的copy过程。
2. 系统调用mmap例子
写一个例子mmap将文件映射到memory中去访问 例子映射一个文件并把内容打印出来
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include sys/mman.h
#include sys/stat.h
#include fcntl.h
#include unistd.hint main(int argc, char *argv[]) {// 检查是否传递了文件名if (argc 2) {printf(Usage: %s filename\n, argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}const char *filename argv[1];// 打开文件int fd open(filename, O_RDONLY);if (fd -1) {perror(open);exit(EXIT_FAILURE);}// 获取文件大小struct stat sb;if (fstat(fd, sb) -1) {perror(fstat);close(fd);exit(EXIT_FAILURE);}// 使用 mmap 将文件映射到内存char *mapped mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);if (mapped MAP_FAILED) {perror(mmap);close(fd);exit(EXIT_FAILURE);}// 关闭文件描述符文件已映射不需要再保持打开状态close(fd);// 打印文件内容for (off_t i 0; i sb.st_size; i) {putchar(mapped[i]);}// 解除内存映射if (munmap(mapped, sb.st_size) -1) {perror(munmap);exit(EXIT_FAILURE);}return 0;
}
实测
3. 驱动的mmap例子
例子流程 驱动里分配好空间分配的空间32PAGE128KB虚拟地址通过驱动的mmap file_operations映射出去用户进程通过mmap直接访问这段空间user1去改这段空间usr2读取这段空间 代码 driver
#include linux/init.h
#include linux/module.h
#include linux/miscdevice.h
#include linux/mm.h
#include linux/uaccess.h
#include linux/fs.h
#include linux/slab.h
#include linux/io.h#define BUF_SIZE (32*PAGE_SIZE)static void *kbuff;static int remap_pfn_open(struct inode *inode, struct file *file)
{struct mm_struct *mm current-mm;printk(client: %s (%d)\n, current-comm, current-pid);printk(code section: [0x%lx 0x%lx]\n, mm-start_code, mm-end_code);printk(data section: [0x%lx 0x%lx]\n, mm-start_data, mm-end_data);printk(brk section: s: 0x%lx, c: 0x%lx\n, mm-start_brk, mm-brk);printk(mmap section: s: 0x%lx\n, mm-mmap_base);printk(stack section: s: 0x%lx\n, mm-start_stack);printk(arg section: [0x%lx 0x%lx]\n, mm-arg_start, mm-arg_end);printk(env section: [0x%lx 0x%lx]\n, mm-env_start, mm-env_end);return 0;
}static int remap_pfn_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
{unsigned long offset vma-vm_pgoff PAGE_SHIFT;unsigned long pfn_start (virt_to_phys(kbuff) PAGE_SHIFT) vma-vm_pgoff;unsigned long virt_start (unsigned long)kbuff offset;unsigned long size vma-vm_end - vma-vm_start;int ret 0;printk(phy: 0x%lx, offset: 0x%lx, size: 0x%lx\n, pfn_start PAGE_SHIFT, offset, size);ret remap_pfn_range(vma, vma-vm_start, pfn_start, size, vma-vm_page_prot);if (ret)printk(%s: remap_pfn_range failed at [0x%lx 0x%lx]\n,__func__, vma-vm_start, vma-vm_end);elseprintk(%s: map 0x%lx to 0x%lx, size: 0x%lx\n, __func__, virt_start,vma-vm_start, size);return ret;
}static const struct file_operations remap_pfn_fops {.owner THIS_MODULE,.open remap_pfn_open,.mmap remap_pfn_mmap,
};static struct miscdevice remap_pfn_misc {.minor MISC_DYNAMIC_MINOR,.name remap_pfn,.fops remap_pfn_fops,
};static int __init remap_pfn_init(void)
{int ret 0;kbuff kzalloc(BUF_SIZE, GFP_KERNEL);if (!kbuff) {ret -ENOMEM;goto err;}ret misc_register(remap_pfn_misc);if (unlikely(ret)) {pr_err(failed to register misc device!\n);goto err;}pr_info(register misc device ok!\n);return 0;err:return ret;
}static void __exit remap_pfn_exit(void)
{misc_deregister(remap_pfn_misc);kfree(kbuff);pr_info(deregister misc device ok!\n);
}module_init(remap_pfn_init);
module_exit(remap_pfn_exit);
MODULE_LICENSE(GPL);usr
//user1
#include stdio.h
#include sys/types.h
#include sys/stat.h
#include fcntl.h
#include sys/mman.h
#include unistd.h
#include stdlib.h
#include stdint.h#define PAGE_SIZE (4*1024)
#define BUF_SIZE (16*PAGE_SIZE)
#define OFFSET (0)int main(int argc, const char *argv[])
{int fd;void *addr NULL;fd open(/dev/remap_pfn, O_RDWR);if (fd 0) {perror(open failed\n);exit(-1);}addr mmap(NULL, BUF_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_LOCKED, fd, OFFSET);if (!addr) {perror(mmap failed\n);exit(-1);}for (int i 0; i 16; i) {for (int j 0; j 10; j) {*(uint8_t *)((uintptr_t)addr i*PAGE_SIZE j) j;}}return 0;
}
//user2
#include stdio.h
#include sys/types.h
#include sys/stat.h
#include fcntl.h
#include sys/mman.h
#include unistd.h
#include stdlib.h
#include stdint.h#define PAGE_SIZE (4*1024)
#define BUF_SIZE (16*PAGE_SIZE)
#define OFFSET (0)int main(int argc, const char *argv[])
{int fd;char *addr NULL;fd open(/dev/remap_pfn, O_RDWR);if (fd 0) {perror(open failed\n);exit(-1);}addr mmap(NULL, BUF_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_LOCKED, fd, OFFSET);if (!addr) {perror(mmap failed\n);exit(-1);}for (int i 0; i 16; i) {for (int j 0; j 10; j) {if (*(uint8_t *)((uintptr_t)addr i*PAGE_SIZE j) ! j) {printf(error, i: %d, j: %d, i, j);} else {printf(i: %d, j: %d, data: 0x%x\n, i, j, *(uint8_t *)((uintptr_t)addr i*PAGE_SIZE j));}}}return 0;
}测试结果 用户进程2的打印
