【genius_platform软件平台开发】第五十一讲：Linux系统内存映射mmap原理

1. mmap基本概念

• 在介绍内存映射之前，首先知道现代计算机系统普遍采用虚拟内存的方式管理物理内存。在32位机器上每个进程都有自己的4G虚拟内存空间，其中0-3G属于用户空间，是该进程独有的；3-4G之间的是内核空间，是计算机中的所有进程的内核空间和内核进程所共享的地址空间。必须明确的一点是：用户空间和内核空间属于虚拟地址空间，是虚拟内存中的概念。进程地址空间的划分如图1所示。
  
• 是一种内存映射文件的方法，即将一个磁盘文件或者其它对象映射到用户进程的地址空间中，实现文件磁盘物理地址和用户进程中一段虚拟地址空间的一一对映关系。实现这样的映射关系后，用户进程就可以采用指针的方式读写操作这一段内存，而系统会自动回写脏页面到对应的文件磁盘上，即完成了对文件的操作而不必再调用read,write等系统调用函数。相反，内核空间对这段区域的修改也直接反映用户空间，从而可以实现不同进程间的文件共享。如下图所示：
  
• mmap将就是图1的进程空间中用户空间的内存映射区域和磁盘上的某个文件或者其他对象形成一一对应关系，形成这样的关系之后，进程就可以采用对虚拟地址（指针）读写的方式实现对内存映射区对应的物理内存的读写，而这种读写会被系统自动通过后台线程（flusher)刷到后备存储空间、或者通过msync调用刷到对应的后备存储空间，从而不用调用read()，write()等系统调用实现对文件的读写。如果不同的进程映射同一个文件的同样区间或者映射同一个匿名对象到各自的虚拟内存空间，那么可以实现进程之间的通信，这是一种十分高效的IPC方式。
• 文件被映射到多个页上，如果文件的大小不是所有页的大小之和，最后一个页不被使用的空间将会清零。
• mmap系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存。普通文件被映射到进程地址空间后，进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用read()，write（）等操作。
• mmap并不分配空间, 只是将文件映射到调用进程的地址空间里（但是会占掉你的 virutal memory）, 然后你就可以用memcpy等操作写文件, 而不用write()了。
• 写数据时内存中的内容并不会立即更新到文件中，会有一段时间的延迟，可以调用msync()来显式同步一下，这样你所写的内容就能立即保存到文件里了。
• mmap用于把文件映射到内存空间中，简单说mmap就是把一个文件的内容在内存里面做一个映像。映射成功后，用户对这段内存区域的修改可以直接反映到内核空间，同样，内核空间对这段区域的修改也直接反映用户空间。那么对于内核空间<---->用户空间两者之间需要大量数据传输等操作的话效率是非常高的

头文件 <sys/mman.h>

• 必须以PAGE_SIZE为单位进行映射，而内存也只能以页为单位进行映射，若要映射非PAGE_SIZE整数倍的地址范围，要先进行内存对齐，强行以PAGE_SIZE的倍数大小进行映射。

• 进程的虚拟地址空间，由多个虚拟内存区域构成。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。上图中所示的text数据段（代码段）、初始数据段、BSS数据段、堆、栈和内存映射，都是一个独立的虚拟内存区域。而为内存映射服务的地址空间处在堆栈之间的空余部分。

• 从图1中可以看出进程虚拟地址空间中，用户空间被划分成很多的段，包含代码段、数据段、未初始化数据段、堆、内存映射区还有栈等区间，每一个区间都对应一个或者多个管理结构体，在内核中用vm_area_struct表示。那么进程的用户空间可以表示为vm_area_struct结构体组成的链表，如图2所示。

• linux内核使用vm_area_struct结构来表示一个独立的虚拟内存区域，由于每个不同质的虚拟内存区域功能和内部机制都不同，因此一个进程使用多个vm_area_struct结构来分别表示不同类型的虚拟内存区域。各个vm_area_struct结构使用链表或者树形结构链接，方便进程快速访问，如下图所示：
  

• vm_area_struct结构中包含区域起始和终止地址以及其他相关信息，同时也包含一个vm_ops指针，其内部可引出所有针对这个区域可以使用的系统调用函数。这样，进程对某一虚拟内存区域的任何操作需要用要的信息，都可以从vm_area_struct中获得。mmap函数就是要创建一个新的vm_area_struct结构，并将其与文件的物理磁盘地址相连。具体步骤请看下一节。

• 系统调用mmap()用于共享内存的两种方式：（UNIX网络编程第二卷进程间通信对mmap函数进行了说明。）
  （1）、使用普通文件提供的内存映射：
  适用于任何进程之间。此时，需要打开或创建一个文件，然后再调用mmap()
  典型调用代码如下：

fd=open(name, flag, mode); if(fd<0) ...
ptr=mmap(NULL, len , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED , fd , 0);

• 通过mmap()实现共享内存的通信方式有许多特点和要注意的地方，可以参看UNIX网络编程第二卷。

  （2）、使用特殊文件提供匿名内存映射：

• 适用于具有亲缘关系的进程之间。由于父子进程特殊的亲缘关系，在父进程中先调用mmap()，然后调用 fork()。那么在调用fork()之后，子进程继承父进程匿名映射后的地址空间，同样也继承mmap()返回的地址，这样，父子进程就可以通过映射区域进行通信了。

• 注意，这里不是一般的继承关系。一般来说，子进程单独维护从父进程继承下来的一些变量。而mmap()返回的地址，却由父子进程共同维护。 对于具有亲缘关系的进程实现共享内存最好的方式应该是采用匿名内存映射的方式。此时，不必指定具体的文件，只要设置相应的标志即可。
  

2.mmap映射原理

• 内存映射原理
  

• 既然建立内存映射没有进行实际的数据拷贝，那么进程又怎么能最终直接通过内存操作访问到硬盘上的文件呢？那就要看内存映射之后的几个相关的过程了。

• mmap()会返回一个指针ptr，它指向进程逻辑地址空间中的一个地址，这样以后，进程无需再调用read或write对文件进行读写，而只需要通过ptr就能够操作文件。但是ptr所指向的是一个逻辑地址，要操作其中的数据，必须通过MMU将逻辑地址转换成物理地址，如图1中过程2所示。这个过程与内存映射无关。

• 前面讲过，建立内存映射并没有实际拷贝数据，这时，MMU在地址映射表中是无法找到与ptr相对应的物理地址的，也就是MMU失败，将产生一个缺页中断，缺页中断的中断响应函数会在swap中寻找相对应的页面，如果找不到（也就是该文件从来没有被读入内存的情况），则会通过mmap()建立的映射关系，从硬盘上将文件读取到物理内存中，如图1中过程3所示。这个过程与内存映射无关。

• 如果在拷贝数据时，发现物理内存不够用，则会通过虚拟内存机制（swap）将暂时不用的物理页面交换到硬盘上，如图1中过程4所示。这个过程也与内存映射无关。

• 效率

• 从代码层面上看，从硬盘上将文件读入内存，都要经过文件系统进行数据拷贝，并且数据拷贝操作是由文件系统和硬件驱动实现的，理论上来说，拷贝数据的效率是一样的。但是通过内存映射的方法访问硬盘上的文件，效率要比read和write系统调用高，这是为什么呢？原因是read()是系统调用，其中进行了数据拷贝，它首先将文件内容从硬盘拷贝到内核空间的一个缓冲区，如图2中过程1，然后再将这些数据拷贝到用户空间，如图2中过程2，在这个过程中，实际上完成了 两次数据拷贝 ；而mmap()也是系统调用，如前所述，mmap()中没有进行数据拷贝，真正的数据拷贝是在缺页中断处理时进行的，由于mmap()将文件直接映射到用户空间，所以中断处理函数根据这个映射关系，直接将文件从硬盘拷贝到用户空间，只进行了 一次数据拷贝 。因此，内存映射的效率要比read/write效率高。

• read系统调用原理
  

• mmap内存映射的实现过程，总的来说可以分为三个阶段：

2.1 进程启动映射过程，并在虚拟地址空间中为映射创建虚拟映射区域

1、进程在用户空间调用库函数mmap，原型：void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

2、 如果start为NULL（一般的使用情况，增强可移植性），则由内核在当前进程的虚拟地址空间中，寻找一段能够满足映射长度需求的连续虚拟地址区间；

3.为寻找到的连续虚拟地址区间分配一个vm_area_struct结构体，接着对这个结构体中的各个成员变量进行初始化；

4.将新建的虚拟区间结构体插入到当前进程的vm_area_struct结构体链表和相应的红黑树结构中；

2.2 调用内核空间的系统调用函数mmap（不同于用户空间函数），实现文件物理地址和进程虚拟地址的一一映射关系

5、为映射分配了新的虚拟地址区域后，通过待映射的文件指针，在文件描述符表中找到对应的文件描述符，通过文件描述符，链接到内核“已打开文件集”中该文件的文件结构体（struct file），每个文件结构体维护着和这个已打开文件相关各项信息。

6、通过该文件的文件结构体，链接到file_operations模块，调用内核函数mmap，其原型为：int mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)，不同于用户空间库函数。

7、内核mmap函数通过虚拟文件系统inode模块定位到文件磁盘物理地址。

8、通过remap_pfn_range函数建立页表，即实现了文件地址和虚拟地址区域的映射关系。此时，这片虚拟地址并没有任何数据关联到主存中。

2.3 进程发起对这片映射空间的访问，引发缺页异常，实现文件内容到物理内存（主存）的拷贝

• 注：前两个阶段仅在于创建虚拟区间并完成地址映射，但是并没有将任何文件数据的拷贝至主存。真正的文件读取是当进程发起读或写操作时。

9、进程的读或写操作访问虚拟地址空间这一段映射地址，通过查询页表，发现这一段地址并不在物理页面上。因为目前只建立了地址映射，真正的硬盘数据还没有拷贝到内存中，因此引发缺页异常。

10、缺页异常进行一系列判断，确定无非法操作后，内核发起请求调页过程。

11、调页过程先在交换缓存空间（swap cache）中寻找需要访问的内存页，如果没有则调用nopage函数把所缺的页从磁盘装入到主存中。

12、之后进程即可对这片主存进行读或者写的操作，如果写操作改变了其内容，一定时间后系统会自动回写脏页面到对应磁盘地址，也即完成了写入到文件的过程。

注：修改过的脏页面并不会立即更新回文件中，而是有一段时间的延迟，可以调用msync()来强制同步, 这样所写的内容就能立即保存到文件里了。

2.4 mmap映射的四种类型

• mmap分为有后备文件的映射和匿名映射，而这两种映射又都有私有映射和共享映射之分，所以mmap一共存在四种类型的映射。

• 有后备文件的共享映射

    1.有后备文件的共享映射：多个进程的vm_area_struct指向同一个物理内存区域，一个进程对文件内容的修改对其他进程可见，对文件内容的修改最终会被写到后备文件中。
  

• 有后备文件的私有映射

   2.有后备文件的私有映射：多个进程的vm_area_struct指向同一个物理内存区域，采用写时拷贝的方式，当一个进程对文件内容做修改，不会被其他的进程所看到，另外对文件内容的修改也不会被写到后备文件。当内存不够需要执行页回收操作的时候，私有映射的页被交换到交换区或者直接写到磁盘。一般用在加载共享代码库。
  

• 匿名文件的共享映射

    3.匿名文件的共享映射：内核创建一个都是0的物理内存区域，然后多个进程的vm_area_struct指向这个共享的物理内存区域，对该区域内容的修改对所有的进程都是可见的，匿名文件在页会页回收的时候被交换到交换区。
  

• 匿名文件的私有映射

•   4.匿名文件的私有映射：内核创建一个初始都是0的物理内存区域，对该区域的内容的修改只对进程创建者可见，匿名文件在页回收的时候被交换到交换区。malloc()的底层调用是用了匿名文件的私有映射来分配大块的内存。
  

3. mmap和常规文件操作的区别

• 对linux文件系统不了解的朋友，请参阅我之前写的博文《从内核文件系统看文件读写过程》，我们首先简单的回顾一下常规文件系统操作（调用read/fread等类函数）中，函数的调用过程：

1、进程发起读文件请求。

2、内核通过查找进程文件符表，定位到内核已打开文件集上的文件信息，从而找到此文件的inode。

3、inode在address_space上查找要请求的文件页是否已经缓存在页缓存中。如果存在，则直接返回这片文件页的内容。

4、如果不存在，则通过inode定位到文件磁盘地址，将数据从磁盘复制到页缓存。之后再次发起读页面过程，进而将页缓存中的数据发给用户进程。

• 总结来说，常规文件操作为了提高读写效率和保护磁盘，使用了页缓存机制。这样造成读文件时需要先将文件页从磁盘拷贝到页缓存中，由于页缓存处在内核空间，不能被用户进程直接寻址，所以还需要将页缓存中数据页再次拷贝到内存对应的用户空间中。这样，通过了两次数据拷贝过程，才能完成进程对文件内容的获取任务。写操作也是一样，待写入的buffer在内核空间不能直接访问，必须要先拷贝至内核空间对应的主存，再写回磁盘中（延迟写回），也是需要两次数据拷贝。

• 而使用mmap操作文件中，创建新的虚拟内存区域和建立文件磁盘地址和虚拟内存区域映射这两步，没有任何文件拷贝操作。而之后访问数据时发现内存中并无数据而发起的缺页异常过程，可以通过已经建立好的映射关系，只使用一次数据拷贝，就从磁盘中将数据传入内存的用户空间中，供进程使用。

• 总而言之，常规文件操作需要从磁盘到页缓存再到用户主存的两次数据拷贝。而mmap操控文件，只需要从磁盘到用户主存的一次数据拷贝过程。说白了，mmap的关键点是实现了用户空间和内核空间的数据直接交互而省去了空间不同数据不通的繁琐过程。因此mmap效率更高。

4. mmap优点总结

• 由上文讨论可知，mmap优点共有一下几点：

• 4.1 对文件的读取操作跨过了页缓存，减少了数据的拷贝次数，用内存读写取代I/O读写，提高了文件读取效率。

• 4.2 实现了用户空间和内核空间的高效交互方式。两空间的各自修改操作可以直接反映在映射的区域内，从而被对方空间及时捕捉。

• 4.3 提供进程间共享内存及相互通信的方式。不管是父子进程还是无亲缘关系的进程，都可以将自身用户空间映射到同一个文件或匿名映射到同一片区域。从而通过各自对映射区域的改动，达到进程间通信和进程间共享的目的。

• 4.4 同时，如果进程A和进程B都映射了区域C，当A第一次读取C时通过缺页从磁盘复制文件页到内存中；但当B再读C的相同页面时，虽然也会产生缺页异常，但是不再需要从磁盘中复制文件过来，而可直接使用已经保存在内存中的文件数据。

• 4.5 可用于实现高效的大规模数据传输。内存空间不足，是制约大数据操作的一个方面，解决方案往往是借助硬盘空间协助操作，补充内存的不足。但是进一步会造成大量的文件I/O操作，极大影响效率。这个问题可以通过mmap映射很好的解决。换句话说，但凡是需要用磁盘空间代替内存的时候，mmap都可以发挥其功效。

5. mmap相关函数

• 函数原型

void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

• 返回说明

    成功执行时，mmap()返回被映射区的指针。失败时，mmap()返回MAP_FAILED[其值为(void *)-1]， error被设为以下的某个值：
  

• 返回错误类型

 1 EACCES：访问出错
 2 EAGAIN：文件已被锁定，或者太多的内存已被锁定
 3 EBADF：fd不是有效的文件描述词
 4 EINVAL：一个或者多个参数无效
 5 ENFILE：已达到系统对打开文件的限制
 6 ENODEV：指定文件所在的文件系统不支持内存映射
 7 ENOMEM：内存不足，或者进程已超出最大内存映射数量
 8 EPERM：权能不足，操作不允许
 9 ETXTBSY：已写的方式打开文件，同时指定MAP_DENYWRITE标志
10 SIGSEGV：试着向只读区写入
11 SIGBUS：试着访问不属于进程的内存区

• 参数

start：映射区的开始地址，指向欲映射的内存起始地址，通常设为 NULL，代表让系统自动选定地址，映射成功后返回该地址

length：映射区的长度，代表将文件中多大的部分映射到内存。

prot：期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值，可以通过or运算合理地组合在一起

1 PROT_EXEC ：页内容可以被执行
2 PROT_READ ：页内容可以被读取
3 PROT_WRITE ：页可以被写入
4 PROT_NONE ：页不可访问

flags：指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体，影响映射区域的各种特性。在调用mmap()时必须要指定MAP_SHARED 或MAP_PRIVATE；

 1 MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。
 2 MAP_SHARED //与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。
 3 MAP_PRIVATE //建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个。
 4 MAP_DENYWRITE //这个标志被忽略。
 5 MAP_EXECUTABLE //同上
 6 MAP_NORESERVE //不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。
 7 MAP_LOCKED //锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。
 8 MAP_GROWSDOWN //用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。
 9 MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射区不与任何文件关联。
10 MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。
11 MAP_FILE //兼容标志，被忽略。
12 MAP_32BIT //将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。
13 MAP_POPULATE //为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。
14 MAP_NONBLOCK //仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。

fd：要映射到内存中的文件描述符。如果使用匿名内存映射时，即flags中设置了MAP_ANONYMOUS，fd设为-1。有些系统不支持匿名内存映射，则可以使用fopen打开/dev/zero文件，然后对该文件进行映射，可以同样达到匿名内存映射的效果。

offset：文件映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必须是分页大小的整数倍

• 相关函数

int munmap( void * addr, size_t len ) 

成功执行时，munmap()返回0。失败时，munmap返回-1，error返回标志和mmap一致；

• 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。

6. mmap使用细节

• 使用mmap需要注意的一个关键点是，mmap映射区域大小必须是物理页大小(page_size)的整倍数（32位系统中通常是4k字节）。原因是，内存的最小粒度是页，而进程虚拟地址空间和内存的映射也是以页为单位。为了匹配内存的操作，mmap从磁盘到虚拟地址空间的映射也必须是页。

• 内核可以跟踪被内存映射的底层对象（文件）的大小，进程可以合法的访问在当前文件大小以内又在内存映射区以内的那些字节。也就是说，如果文件的大小一直在扩张，只要在映射区域范围内的数据，进程都可以合法得到，这和映射建立时文件的大小无关。具体情形参见“情形三”。

• 映射建立之后，即使文件关闭，映射依然存在。因为映射的是磁盘的地址，不是文件本身，和文件句柄无关。同时可用于进程间通信的有效地址空间不完全受限于被映射文件的大小，因为是按页映射。

• 在上面的知识前提下，我们下面看看如果大小不是页的整倍数的具体情况：

6.1 情形一：一个文件的大小是5000字节，mmap函数从一个文件的起始位置开始，映射5000字节到虚拟内存中。

• 分析：因为单位物理页面的大小是4096字节，虽然被映射的文件只有5000字节，但是对应到进程虚拟地址区域的大小需要满足整页大小，因此mmap函数执行后，实际映射到虚拟内存区域8192个 字节，5000~8191的字节部分用零填充。映射后的对应关系如下图所示：
  
  此时：

（1）读/写前5000个字节（0~4999），会返回操作文件内容。

（2）读字节5000_{8191时，结果全为0。写5000}8191时，进程不会报错，但是所写的内容不会写入原文件中 。

（3）读/写8192以外的磁盘部分，会返回一个SIGSECV错误。

6.2 一个文件的大小是5000字节，mmap函数从一个文件的起始位置开始，映射15000字节到虚拟内存中，即映射大小超过了原始文件的大小。

• 分析：由于文件的大小是5000字节，和情形一一样，其对应的两个物理页。那么这两个物理页都是合法可以读写的，只是超出5000的部分不会体现在原文件中。由于程序要求映射15000字节，而文件只占两个物理页，因此8192字节~15000字节都不能读写，操作时会返回异常。如下图所示：

此时：

（1）进程可以正常读/写被映射的前5000字节(0~4999)，写操作的改动会在一定时间后反映在原文件中。

（2）对于5000~8191字节，进程可以进行读写过程，不会报错。但是内容在写入前均为0，另外，写入后不会反映在文件中。

（3）对于8192~14999字节，进程不能对其进行读写，会报SIGBUS错误。

（4）对于15000以外的字节，进程不能对其读写，会引发SIGSEGV错误。

6.3 一个文件初始大小为0，使用mmap操作映射了1000*4K的大小，即1000个物理页大约4M字节空间，mmap返回指针ptr。

• 分析：如果在映射建立之初，就对文件进行读写操作，由于文件大小为0，并没有合法的物理页对应，如同情形二一样，会返回SIGBUS错误。

但是如果，每次操作ptr读写前，先增加文件的大小，那么ptr在文件大小内部的操作就是合法的。例如，文件扩充4096字节，ptr就能操作ptr ~ [ (char)ptr + 4095]的空间。只要文件扩充的范围在1000个物理页（映射范围）内，ptr都可以对应操作相同的大小。

这样，方便随时扩充文件空间，随时写入文件，不造成空间浪费。

7. 用户空间和驱动程序的内存映射

7.1 基本过程

• 首先，驱动程序先分配好一段内存，接着用户进程通过库函数mmap()来告诉内核要将多大的内存映射到内核空间，内核经过一系列函数调用后调用对应的驱动程序的file_operation中指定的mmap函数，在该函数中调用remap_pfn_range()来建立映射关系。

7.2 映射的实现

• 首先在驱动程序分配一页大小的内存，然后用户进程通过mmap()将用户空间中大小也为一页的内存映射到内核空间这页内存上。映射完成后，驱动程序往这段内存写10个字节数据，用户进程将这些数据显示出来。
• 驱动程序：

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
 
 
#define DEVICE_NAME "mymap" 
 
 
static unsigned char array[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; 
static unsigned char *buffer; 
 
 
static int my_open(struct inode *inode, struct file *file) 
{ 
return 0; 
} 
 
 
static int my_map(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma) 
{ 
unsigned long page; 
unsigned char i; 
unsigned long start = (unsigned long)vma->vm_start; 
//unsigned long end = (unsigned long)vma->vm_end; 
unsigned long size = (unsigned long)(vma->vm_end - vma->vm_start); 
 
//得到物理地址 
page = virt_to_phys(buffer); 
//将用户空间的一个vma虚拟内存区映射到以page开始的一段连续物理页面上 
if(remap_pfn_range(vma,start,page>>PAGE_SHIFT,size,PAGE_SHARED))//第三个参数是页帧号，由物理地址右移PAGE_SHIFT得到 
return -1; 
 
//往该内存写10字节数据 
for(i=0;i<10;i++) 
buffer[i] = array[i]; 
 
return 0; 
} 
 
 
static struct file_operations dev_fops = { 
.owner = THIS_MODULE, 
.open = my_open, 
.mmap = my_map, 
}; 
 
static struct miscdevice misc = { 
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, 
.name = DEVICE_NAME, 
.fops = &dev_fops, 
}; 
 
 
static int __init dev_init(void) 
{ 
int ret; 
 
//注册混杂设备 
ret = misc_register(&misc); 
//内存分配 
buffer = (unsigned char *)kmalloc(PAGE_SIZE,GFP_KERNEL); 
//将该段内存设置为保留 
SetPageReserved(virt_to_page(buffer)); 
 
return ret; 
} 
 
 
static void __exit dev_exit(void) 
{ 
//注销设备 
misc_deregister(&misc); 
//清除保留 
ClearPageReserved(virt_to_page(buffer)); 
//释放内存 
kfree(buffer); 
} 
 
 
module_init(dev_init); 
module_exit(dev_exit); 
MODULE_LICENSE("GPL"); 
MODULE_AUTHOR("LKN@SCUT"); 

• 应用程序：

#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
#include  
 
#define PAGE_SIZE 4096 
 
 
int main(int argc , char *argv[]) 
{ 
int fd; 
int i; 
unsigned char *p_map; 
 
//打开设备 
fd = open("/dev/mymap",O_RDWR); 
if(fd < 0) 
{ 
printf("open fail\n"); 
exit(1); 
} 
 
//内存映射 
p_map = (unsigned char *)mmap(0, PAGE_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,fd, 0); 
if(p_map == MAP_FAILED) 
{ 
printf("mmap fail\n"); 
goto here; 
} 
 
//打印映射后的内存中的前10个字节内容 
for(i=0;i<10;i++) 
printf("%d\n",p_map[i]); 
 
 
here: 
munmap(p_map, PAGE_SIZE); 
return 0; 
}