Linux核心開發之記憶體與I/O訪問(三)

“小王，不瞞你說，我現在是悲喜交加啊，悲的是：這最後一章，我講的是膽顫心驚(以前自己都沒學好，現在也算還賬了)，喜的是每講一張，我知道離結束就近了一點，趕快把這個東西過掉，進入下一環節，那又是我牛皮吹破天的時代了”看著小王期盼和懷疑的眼神，我，昔日的風采也不見了。

“沒事的，小濤哥，其實說真的，不是我安慰你哈，從開始我什麼都不懂，到現在我也算個入門級的高手了，都是你一手帶過來的，我已經對你推崇備至了，你就放心吧，會的你盡情教，不會的，你慢慢說，我都聽你的”小王善解人意的說。

“嗯，你真好，看來我沒看錯你，那好，繼續課程”。。。

  一般情況下，使用者空間是不可能也不應該直接存取裝置的，但是裝置驅動程式可實現mmap()函數，這個函數可使得使用者空間能直接存取裝置的物理地址。實際上，mmap()S實現了這樣的一個映射過程，它將使用者空間的一段記憶體與裝置記憶體關聯，當使用者訪問使用者空間的這段位址範圍時，實際上會轉化為對裝置的訪問。

  mmp()必須以PAGE_SIZE為單位進行映射，實際上，記憶體只能以頁為單位進行映射，若要映射非PAGE_SIZE整數倍的位址範圍，要先進行頁對齊，強行以PAGE

_SIZE的倍數大小進行映射。驅動中mmp()函數原型如下：int (*mmp)(struct file *, struct vm_area_struct *);它實現的機制是建立頁表，並填充VMA結構體中

vm_operations_struct指標，vm_area_struct用於描述一個虛擬記憶體地區。結構體如下：

struct vm_area_struct {    struct mm_struct * vm_mm; //所處的地址空間    unsigned long vm_start;//開始虛擬位址    unsigned long vm_end;//結束虛擬位址    struct vm_area_struct *vm_next;    pgprot_t vm_page_prot;  //存取權限    unsigned long vm_flags; //標誌     ...    struct vm_operations_struct * vm_ops;  //操作VMA的函數集指標    unsigned long vm_pgoff; //位移(頁幀號)    struct file * vm_file;    void * vm_private_data;    ...};

其中vm_ops成員指向這個VMA的操作集，結構體定義如下：

struct vm_operations_struct {   void (*open)(struct vm_area_struct * area);   void (*close)(struct vm_area_struct * area);   struct page * (*nopage)(struct vm_area_struct * area, unsigned long address, int *type）；   int (*populate)(struct vm_area_struct * area, unsigned long address, unsigned long len, pgprot_t prot, unsigned long pgoff, int nonblock);    ...};在核心產生一個VMA後，它就會調用該VMA的open()函數。

  而驅動中的mmap()函數將在使用者進行mmap()系統調用時最終被調用，當使用者調用mmap()時候核心會進行如下處理：

  1)在進程的虛擬空間尋找一塊VMA.

  2)將這塊VMA進行映射。

  3)如果裝置驅動程式或檔案系統的file_operations定義了mmap()操作，則調用它。

  4)將這個VMA插入到進程的VMA鏈表中。

file_operations中mmap()函數的第一個參數就是步驟1中找的VMA.由mmap()系統調用映射的記憶體可由munmap()解除映射。這個函數原型如下：

int munmap(caddr_t addr, size_t len);

  但是，需要注意的是：當使用者進行mmap()系統調用後，儘管VMA在裝置驅動檔案操作結構體的mmap()被調用前就已經產生，核心卻不會調用VMA的open

函數，通常需要在驅動的mmap()函數中先上調用vma->vm_ops->open().為了說明問題，給出一個vm_operations_struct操作範例：

static int xxx_mmp(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma){    if(remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, vm->vm_pgoff, vma->vm_end - vma->start, vma->vm_page_prot))   //建立頁表     return - EAGAIN;    vma->vm_ops = &xxx_remap_vm_ops;    xxx_vma_open(vma);    return 0;}void xxx_vma_open(struct vm_area_struct *vma) //VMA開啟函數{  ...  printk(KERN_NOTICE "xxx VMA open, virt %lx, phys %1x\n",vma->vm_start, vma->vm_pgoff 《PAGE_SHIFT);}void xxx_vma_close(struct vm_area_struct *vma)  //VMA關閉函數{  ...  printk(KERN_NOTICE "xxx VMA close. \n");}static struct vm_operation_struct xxx_remap_vm_ops = //VM操作結構體{   .open=xxx_vma_open,   .close=xxx_vma_close,   ...}

在這段代碼中調用的remap_pfn_range()建立頁表。我們前邊說過在核心空間用kmalloc申請記憶體，這部分記憶體如果要映射到使用者空間可以通過mem_map

_reserve()調用設定為保留後進行，具體怎麼操作，咱們下集繼續。