Memory management linux平台下的mmap查询

在Linux机器上，尝试编写驱动程序，并尝试将一些内核内存映射到应用程序，以提高性能。 在线检查mmap的驱动程序实现，查找不同的实现类型。 根据手册页，mmap-在调用进程的虚拟地址空间中创建新的映射

1） mmap呼叫期间谁分配物理地址空间？内核还是设备驱动程序

可以看到以下各种驱动程序mmap实现

a） 驱动程序创建连续的物理内核内存，并将其映射到进程地址空间

static int driver_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
    unsigned long size = vma->vm_end - vma->vm_start;

    pos = kmalloc(size); //allocate contiguous physical memory.
    while (size > 0) {
        unsigned long pfn;
        pfn = virt_to_phys((void *) pos) >> PAGE_SHIFT; // Get Page frame number
        if (remap_pfn_range(vma, start, pfn, PAGE_SIZE, PAGE_SHARED)) // creates mapping
            return -EAGAIN;
        start += PAGE_SIZE;
        pos += PAGE_SIZE;
        size -= PAGE_SIZE;
    }
}

static struct vm_operations_struct dr_vm_ops = {
    .open = dr_vma_open,
    .close = dr_vma_close,
};
static int driver_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
    unsigned long size = vma->vm_end - vma->vm_start;
    void *kp = vmalloc(size);
    unsigned long up;

    for (up = vma->vm_start; up < vma->vm_end; up += PAGE_SIZE) {
        struct page *page = vmalloc_to_page(kp); //Finding physical page from virtual address
        err = vm_insert_page(vma, up, page); //How is it different from remap_pfn_range?
        if (err)
            break;
        kp += PAGE_SIZE;
    }

    vma->vm_ops = &dr_vm_ops;
    ps_vma_open(vma);
}

b） 驱动程序创建虚拟内核内存并将其映射到进程地址空间

static int driver_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
    unsigned long size = vma->vm_end - vma->vm_start;

    pos = kmalloc(size); //allocate contiguous physical memory.
    while (size > 0) {
        unsigned long pfn;
        pfn = virt_to_phys((void *) pos) >> PAGE_SHIFT; // Get Page frame number
        if (remap_pfn_range(vma, start, pfn, PAGE_SIZE, PAGE_SHARED)) // creates mapping
            return -EAGAIN;
        start += PAGE_SIZE;
        pos += PAGE_SIZE;
        size -= PAGE_SIZE;
    }
}

static struct vm_operations_struct dr_vm_ops = {
    .open = dr_vma_open,
    .close = dr_vma_close,
};
static int driver_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
    unsigned long size = vma->vm_end - vma->vm_start;
    void *kp = vmalloc(size);
    unsigned long up;

    for (up = vma->vm_start; up < vma->vm_end; up += PAGE_SIZE) {
        struct page *page = vmalloc_to_page(kp); //Finding physical page from virtual address
        err = vm_insert_page(vma, up, page); //How is it different from remap_pfn_range?
        if (err)
            break;
        kp += PAGE_SIZE;
    }

    vma->vm_ops = &dr_vm_ops;
    ps_vma_open(vma);
}

2） 若内核为mmap分配内存，在a&b情况下内存不是浪费了吗

3） remap_pfn_范围是映射多个页面，其中as vm_insert_页面仅用于单页面映射。这是这两个API的唯一区别吗

谢谢,

---

Gopinath.

你使用哪一个取决于你想要完成什么

（1） 设备驱动程序是内核的一部分，因此以这种方式区分是没有意义的。对于这些情况，设备驱动程序要求从整个内核可用的（物理）内存资源中分配内存供自己使用

使用（a），将分配一个物理上连续的空间。如果有某个外部硬件（例如PCI设备）将读取或写入该内存，则可以执行此操作。来自

kmalloc

的返回值已经具有到内核虚拟地址空间的映射

remap_pfn_range

也用于将页面映射到当前进程的用户虚拟地址空间

对于（b），正在分配一个几乎连续的空间。如果没有涉及外部硬件，这就是您通常使用的。仍然有物理内存分配给驱动程序，但不能保证页面在物理上是连续的——因此可以分配页面的限制更少。（它们在内核虚拟地址空间中仍然是连续的。）然后您只需使用不同的API来实现到用户虚拟地址空间的相同类型的映射

static int driver_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
    unsigned long size = vma->vm_end - vma->vm_start;

    pos = kmalloc(size); //allocate contiguous physical memory.
    while (size > 0) {
        unsigned long pfn;
        pfn = virt_to_phys((void *) pos) >> PAGE_SHIFT; // Get Page frame number
        if (remap_pfn_range(vma, start, pfn, PAGE_SIZE, PAGE_SHARED)) // creates mapping
            return -EAGAIN;
        start += PAGE_SIZE;
        pos += PAGE_SIZE;
        size -= PAGE_SIZE;
    }
}

static struct vm_operations_struct dr_vm_ops = {
    .open = dr_vma_open,
    .close = dr_vma_close,
};
static int driver_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
    unsigned long size = vma->vm_end - vma->vm_start;
    void *kp = vmalloc(size);
    unsigned long up;

    for (up = vma->vm_start; up < vma->vm_end; up += PAGE_SIZE) {
        struct page *page = vmalloc_to_page(kp); //Finding physical page from virtual address
        err = vm_insert_page(vma, up, page); //How is it different from remap_pfn_range?
        if (err)
            break;
        kp += PAGE_SIZE;
    }

    vma->vm_ops = &dr_vm_ops;
    ps_vma_open(vma);
}

对于（c），映射的内存是在其他子系统的控制下分配的。

vm_pgoff

字段已设置为资源的基本物理地址。例如，内存可能对应于PCI设备的地址区域（例如，网络接口控制器的寄存器），其中物理地址由BIOS（或机器使用的任何机制）确定/分配

（2） 我不太明白这个问题。如果设备驱动程序和协作用户进程正在使用内存，那么内存怎么会被“浪费”呢？如果内核需要读写内存，那么必须分配内核虚拟地址空间，并将其映射到底层物理内存。同样，如果用户空间进程要访问内存，则必须分配用户虚拟地址空间，并且必须将其映射到物理内存

“分配虚拟地址空间”本质上只是指为内存分配页表条目。这与实际分配物理内存是分开的。内核空间和用户空间是分开进行的。“映射”意味着将页表条目（页开头的虚拟地址）设置为指向正确的物理页地址

---

（3） 对。它们是不同的API，实现了几乎相同的功能。有时您有一个

struct页面

，有时您有一个

pfn

。这可能会让人困惑：完成同一件事通常有几种方法。开发人员通常对他们已经拥有的项目使用最明显的一个（“我已经有了一个

struct页面

。我可以计算它的

pfn

。但是，当有另一个API接受

struct页面

？）时，为什么要这样做呢？”

Thanx hamilton，请详细回答。