linux rpc 共享内存,Linux内核态和用户态共享内存
Linux内核态和用户态共享内存
1、mmap系统调用(功能)
void* mmap ( void * addr , size_t len , 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,而不需要再调用read，write等操作。
2、mmap系统调用(参数)
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。
3、解除映射
int munmap(void *start,size_t length)
功能：取消参数start所指向的映射内存，参数length表示欲取消的内存大小。
返回值：解除成功返回0，否则返回－1，错误原因存于errno中。
实例分析
mmap系统调用
4、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由下面几部分组成：程序代码、数据、BSS
和栈区域，以及内存映射的区域。
一个进程的内存区域可以通过查看：/proc/pid/maps
08048000-0804f000 r-xp 00000000 08:01 573748 /sbin/rpc.statd #text
0804f000-08050000 rw-p 00007000 08:01 573748 /sbin/rpc.statd #data
08050000-08055000 rwxp 00000000 00:00 0 #bss
040000000-40015000 r-xp 00000000 08:01 933965 /lib/ld2.3.2.so #text
40015000-40016000 rw-p 00014000 08:01 933965 /lib/ld-2.3.2.so #data
每一行的域为：start_end perm offset major:minor inode
1)Start:该区域起始虚拟地址
2)End:该区域结束虚拟地址
3)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。
4)Offset:被映射部分在文件中的起始地址
5)Major、minor：主次设备号
6)Inode：索引结点
5、vm_area_struct
Linux内核使用结构vm_area_struct()来描述虚拟内存区域，其中几个主要成员如下：
1)unsigned long vm_start虚拟内存区域起始地址
2)unsigned long vm_end虚拟内存区域结束地址
3)unsigned long 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。
6、mmap设备操作
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，它实际上是在访问设备。
mmap设备方法需要完成什么功能？
mmap方法是file_oprations结构的成员，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。
构造页表的工作可由remap_pfn_range函数完成，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)
vma: 虚拟内存区域指针
virt_addr: 虚拟地址的起始值
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。
size: 要映射的区域的大小。
prot: VMA的保护属性。
int memdev_mmap(struct file*filp, struct vm_area_struct *vma)
{
Vma->vm_flags |= VM_IO;
Vma->vm_flags |= VM_RESERVED;
if (remap_pfn_range(vma, vma->vm_start,
virt_to_phys(dev- >data)>> PAGE_SHIFT,
size,
vma->vm_page_prot))
return -EAGAIN;
return 0;
}
dev- >data就是传给用户态的共享数据。
7、mmap设备方法实例
1)memdev.源码
#ifndef _MEMDEV_H_
#define _MEMDEV_H_
#ifndef MEMDEV_MAJOR
#define MEMDEV_MAJOR 0 /*预设的mem的主设备号*/
#endif
#ifndef MEMDEV_NR_DEVS
#define MEMDEV_NR_DEVS 2 /*设备数*/
#endif
#ifndef MEMDEV_SIZE
#define MEMDEV_SIZE 4096
#endif
/*mem设备描述结构体*/
struct mem_dev
{
char *data;
unsigned long size;
};
#endif /* _MEMDEV_H_ */
2)memdev.c源码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "memdev.h"
static int mem_major = MEMDEV_MAJOR;
module_param(mem_major, int, S_IRUGO);
struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/
struct cdev cdev;
/*文件打开函数*/
int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct mem_dev *dev;
/*获取次设备号*/
int num = MINOR(inode->i_rdev);
if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)
return -ENODEV;
dev = &mem_devp[num];
/*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/
filp->private_data = dev;
return 0;
}
/*文件释放函数*/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}
static int memdev_mmap(struct file*filp, struct vm_area_struct *vma)
{
struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/
vma->vm_flags |= VM_IO;
vma->vm_flags |= VM_RESERVED;
if (remap_pfn_range(vma,vma->vm_start,virt_to_phys(dev->data)>>PAGE_SHIFT, vma->vm_end - vma->vm_start, vma->vm_page_prot))
return -EAGAIN;
return 0;
}
/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations mem_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.open = mem_open,
.release = mem_release,
.mmap = memdev_mmap,
};
/*设备驱动模块加载函数*/
static int memdev_init(void)
{
int result;
int i;
dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);
/* 静态申请设备号*/
if (mem_major)
result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
else /* 动态分配设备号 */
{
result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
mem_major = MAJOR(devno);
}
if (result < 0)
return result;
/*初始化cdev结构*/
cdev_init(&cdev, &mem_fops);
cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev.ops = &mem_fops;
/* 注册字符设备 */
cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);
/* 为设备描述结构分配内存*/
mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);
if (!mem_devp) /*申请失败*/
{
result = - ENOMEM;
goto fail_malloc;
}
memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));
/*为设备分配内存*/
for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)
{
mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);
memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);
}
return 0;
fail_malloc:
unregister_chrdev_region(devno, 1);
return result;
}
/*模块卸载函数*/
static void memdev_exit(void)
{
cdev_del(&cdev); /*注销设备*/
kfree(mem_devp); /*释放设备结构体内存*/
unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
}
MODULE_AUTHOR("yinjiabin);
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);
3)测试程序源码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main()
{
int fd;
char *start;
//char buf[100];
char *buf;
/*打开文件*/
fd = open("/dev/memdev0",O_RDWR);
buf = (char *)malloc(100);
memset(buf, 0, 100);
start=mmap(NULL,100,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
/* 读出数据 */
strcpy(buf,start);
sleep (1);
printf("buf 1 = %s\n",buf);
/* 写入数据 */
strcpy(start,"Buf Is Not Null!");
memset(buf, 0, 100);
strcpy(buf,start);
sleep (1);
printf("buf 2 = %s\n",buf);
munmap(start,100); /*解除映射*/
free(buf);
close(fd);
return 0;
}
int munmap( void * addr, size_t len )
该调用在进程地址空间中解除一个映射关系，addr是调用mmap()时返回的地址，len是映射区的大小。当映射关系解除后，对原来映射地址的访问将导致段错误发生。
int msync ( void * addr , size_t len, int flags)
一般说来，进程在映射空间的对共享内容的改变并不直接写回到磁盘文件中，往往在调用munmap()后才执行该操作。可以通过调用msync()实现磁盘上文件内容与共享内存区的内容一致。
有个地方查了很多资料，没有详细的解释，在mmap成功以后，关闭文件描述符close(fd). 共享内存区还是存在的，但是数据还是受保护的吗？