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前言

平時我們寫Linux驅(qū)動和用戶空間交互時，都是通過copy_from_user把用戶空間傳過來的數(shù)據(jù)進行拷貝，為什么要這么做呢？

因為用戶空間是不能直接內(nèi)核空間數(shù)據(jù)的，他們映射的是不同的地址空間，只能先將數(shù)據(jù)拷貝過來，然后再操作。

如果用戶空間需要傳幾MB的數(shù)據(jù)給內(nèi)核，那么原來的拷貝方式顯然效率特別低，也不太現(xiàn)實，那怎么辦呢？

想想，之所以要拷貝是因為用戶空間不能直接訪問內(nèi)核空間，那如果可以直接訪問內(nèi)核空間的buffer，是不是就解決了。

簡單來說，就是讓一塊物理內(nèi)存擁有兩份映射，即擁有兩個虛擬地址，一個在內(nèi)核空間，一個在用戶空間。關系如下：

通過mmap映射就可以實現(xiàn)。

應用層

應用層代碼很簡單，主要就是通過mmap系統(tǒng)調(diào)用進行映射，然后就可以對返回的地址進行操作。

char * buf;
/* 1. 打開文件 */
 fd = open("/dev/hello", O_RDWR);
 if (fd == -1)
 {
      printf("can not open file /dev/hello\n");
      return -1;
 }

/* 2. mmap
       * MAP_SHARED  : 多個APP都調(diào)用mmap映射同一塊內(nèi)存時, 對內(nèi)存的修改大家都可以看到。
       *               就是說多個APP、驅(qū)動程序?qū)嶋H上訪問的都是同一塊內(nèi)存
       * MAP_PRIVATE : 創(chuàng)建一個copy on write的私有映射。
       *               當APP對該內(nèi)存進行修改時，其他程序是看不到這些修改的。
       *               就是當APP寫內(nèi)存時, 內(nèi)核會先創(chuàng)建一個拷貝給這個APP,
       *               這個拷貝是這個APP私有的, 其他APP、驅(qū)動無法訪問。
       */
buf =  mmap(NULL, 1024*8, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);

登錄后復制

mmap的第一個參數(shù)是想要映射的起始地址，通常設置為NULL，表示由內(nèi)核來決定該起始地址。

第二參數(shù)是要映射的內(nèi)存空間的大小。

第三個參數(shù)PROT_READ | PROT_WRITE表示映射后的空間是可讀可寫的。

第四個參數(shù)可填MAP_SHARED或MAP_PRIVATE：

MAP_SHARED：多個APP都調(diào)用mmap映射同一塊內(nèi)存時, 對內(nèi)存的修改大家都可以看到。就是說多個APP、驅(qū)動程序?qū)嶋H上訪問的都是同一塊內(nèi)存。
MAP_PRIVATE：創(chuàng)建一個copy on write的私有映射。當APP對該內(nèi)存進行修改時，其他程序是看不到這些修改的。就是當APP寫內(nèi)存時, 內(nèi)核會先創(chuàng)建一個拷貝給這個APP，這個拷貝是這個APP私有的, 其他APP、驅(qū)動無法訪問。

驅(qū)動層

驅(qū)動層主要是實現(xiàn)mmap接口，而mmap接口的實現(xiàn)，主要是調(diào)用了remap_pfn_range函數(shù)，函數(shù)原型如下：

int remap_pfn_range(
  struct vm_area_struct *vma, 
  unsigned long addr, 
  unsigned long pfn, 
  unsigned long size, 
  pgprot_t prot);

登錄后復制

vma：描述一片映射區(qū)域的結(jié)構(gòu)體指針

addr：要映射的虛擬地址起始地址

pfn：物理內(nèi)存所對應的頁框號，就是將物理地址除以頁大小得到的值

size：映射的大小

prot：該內(nèi)存區(qū)域的訪問權(quán)限

驅(qū)動主要步驟：

1、使用kmalloc或者kzalloc函數(shù)分配一塊內(nèi)存kernel_buf，因為這樣分配的內(nèi)存物理地址是連續(xù)的，mmap后應用層會對這一個基地址去訪問這塊內(nèi)存。

2、實現(xiàn)mmap函數(shù)

static int hello_drv_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
{
 /* 獲得物理地址 */
 unsigned long phy = virt_to_phys(kernel_buf);//kernel_buf是內(nèi)核空間分配的一塊虛擬地址空間
    
    /* 設置屬性：cache, buffer*/
 vma->vm_page_prot = pgprot_writecombine(vma->vm_page_prot);
    
    /* map */
    if(remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, phy>>PAGE_SHFIT,
                      vma->vm_end - vma->start, vma->vm_page_prot)){
 printk("mmap remap_pfn_range failed\n");
    return -ENOBUFS;
 }
 return 0;
}

static struct file_operations my_fops = {
 .mmap = hello_drv_mmap,
};

登錄后復制

1、通過virt_to_phys將虛擬地址轉(zhuǎn)為物理地址，這里的kernel_buf是內(nèi)核空間的一塊虛擬地址空間

2、設置屬性：不使用cache，使用buffer

3、映射：通過remap_pfn_range函數(shù)映射，phy>>PAGE_SHIFT其實就是按page映射，除了這個參數(shù)，其他的起始地址、大小和權(quán)限都可以由用戶在系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)中指定。

當應用層調(diào)用mmap后，就會調(diào)用到驅(qū)動層的mmap函數(shù)，最終應用層的虛擬地址和驅(qū)動中的物理地址就建立了映射關系，應用層也就可以直接訪問驅(qū)動的buffer了。