mmap msync munmap close

转自： http://blog.163.com/xychenbaihu@yeah/blog/static/132229655201082753446602/

       open 打开文件后——>使用mmap建设文件映射；建立文件映射后，可以对映射到的空间进行操作。用msync同步到文件中。

        问：close后对映射空间的操作能够同步到文件中吗？

        答：可以，只要文件映射存在，就可以向你映射空间的内容写入文件，实现空间和文件的同步。

实例代码::

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
 int fd;
 char *addr;
 char *str = "Hello World";
 fd = open("./a",O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,0666);
 if(fd == -1)
 {
  perror("open file fail:");
  exit(1);
 }
 if(ftruncate(fd,4096)==-1)
 {
  perror("ftruncate fail:");
  close(fd);
  exit(1);
 }
 addr =(char *) mmap(NULL,4096,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
 if(addr == (char *)MAP_FAILED)
 {
  perror("mmap fail:");
  exit(1);
 }
 memset(addr,' ',4096);
 
 memcpy(addr,str,strlen(str));                       //hello world  1
 close(fd);
 memcpy(addr+strlen(str),str,strlen(str));           //hello world  2
 if(msync(addr,4096,MS_SYNC)==-1)
 {
  perror("msync fail:");
  exit(1);
 }
      munmap(addr,4096);
 return 0;
}

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另摘自：http://www.ppkao.com/linux/2011/36566.html

　　//下面的代码把文件1.ls中的内容通过mmap函数写入2.ls中，忽略出错处理

　　int fd=open("1.ls",O_RDONLY);

　　int fd2=open("2.ls",O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,S_IRUSR|S_IWUSR);//必须设置读写权限,若只有写权限,会产生SIGSEGV信号

　　//mmap进行文件映射时必须先读取文件`

　　struct stat st;

　　fstat(fd,&st);

　　lseek(fd2,st.st_size-1,SEEK_SET);

　　write(fd2,"",1);        //必须的，如果不设置，当写入数据的时候会遇到文件结束符，产生SIGBUS信号

　　void *_src=mmap(NULL,st.st_size,PROT_READ,MAP_SHARED, fd,0);

　　void *_des=mmap(NULL,st.st_size,PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd2,0);

　　close(fd);      //关闭文件后 依然可修改文件内容

　　close(fd2);

　　memcpy(_des,_src,st.st_size);

　　总结一下，可能产生的问题如下：

　　1.进行文件映射的描述符必须拥有读权限，否则会产生SIGSEGV信号

　　2.把内存内容写入映射文件时，必须确保被写文件当前位置到文件结尾的长度不小于所写内容长度，否则产生SIGBUS信号

　　3.关闭文件描述符并不能保证文件内容不被修改

　　4.munmap并不能使映射的内容写回磁盘

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在编写设备驱动程序的时候，如果要想把设备内存映射到用户空间，那需要我们实现mmap，通过看ldd3上面的介绍，对实现mmap有了一点了解． 
书上介绍主要是利用 
int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long virt_addr, unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t prot) 函数或者 
int io_remap_page_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long virt_addr, unsigned long phys_addr, unsigned long size, pgprot_t prot)函数来实现，它们负责建立新的页表．这两个函数的区别是第一个函数是在参数pfn指向实际系统ＲＡＭ的时候使用，而第二个函数是在 phys_addr指向I/O内存的时候使用．对于ＡＲＭ平台来说，系统内存和端口应该是统一编址的，所以两个函数是等价的． 
还有另外一个函数就是nopage函数，是ＶＭＡ结构体中可以填充的一个函数，在虚拟页没有所对应的物理页的时候，会调用此函数，来分配一个物理页给虚拟页． 
　　int remap_page_range(unsigned long from, unsigned long phys_addr, unsigned long size, pgprot_t prot) 

其中from是映射开始的虚拟地址。这个函数为虚拟地址空间from和from+size之间的范围构造页表； 
phys_addr是虚拟地址应该映射到的物理地址； 
size是被映射区域的大小； 
prot是保护标志。 
remap_page_range的处理过程是对from到form+size之间的每一个页面，查找它所在的页目录和页表（必要时建立页表），清除页表项旧的内容，重新填写它的物理地址与保护域。 
remap_page_range可以对多个连续的物理页面进行处理。<<Linux设备驱动程序>>指出， 
remap_page_range只能给予对保留的页和物理内存之上的物理地址的访问，当对非保留的页使用 
remap_page_range时，缺省的nopage处理控制映射被访问的虚地址处的零页。所以在分配内存后，就要对所分配的内存置保留位，它是通过函数mem_map_reserve实现的，它就是对相应物理页面置 
PG_reserved标志位。

remap_pfn_range 通过你的页帧号来建立页表, 并映射到用户空间!
一般情况是你的驱动分配一块内存,然后在驱动的mmap中使用这块内存的 物理地址转成页帧号, 再调用remap_pfn_range!
1，假设你是通过kmalloc(),get_free_pages()等分配的，这种内存页是不能通过remap_pfn_range()映射出去的，要对 每个页面调用SetPageReserverd()标记为“保留”才可以，virt_to_phys()函数只是得到其物理地 址，remap_pfn_range()中的第三个参数是要求物理页便的“帧”号，即pfn,所以你的phys还要“> > PAGE_SHIFT”操作 
2，假设你是通过vmalloc分配得来的，同上，不同的是要用vmalloc_to_pfn 
3，用kmalloc,get_free_pages，vmalloc分配的物理内存页面最好还是不要用remap_pfn_page方法，建议使用VMA的nopage方法 
4，对于这样的设备内存，最好对调用pgprot_nocached(vma-> vm_page_prot)后传给remap_pfn_range，防止处理器缓存 

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系统调用过程（详见： ARM linux系统调用的实现原理) ：
void*  mmap(void *, size_t, int, int, int, off_t);       //bionic/libc/unistd/mmap.c     (head file: bionic/libc/include/sys/mman.h) 

  |

void*  __mmap2(void*, size_t, int, int, int, size_t);     // bionic/libc/arch-arm/syscalls/__mmap2.S   ( __NR_mmap2 = __NR_SYSCALL_BASE + 192 )

  |    ( arch/arm/kernel/calls.S )

sys_mmap2         // ( arch/arm/kernel/entry-common.S )

  |

sys_mmap_pgoff            //( mm/mmap.c )          SYSCALL_DEFINE6(mmap_pgoff, )

   |

do_mmap_pgoff(file, addr, len, prot, flags, pgoff);   //   mm/mmap.c

可能合并VMA
否则新分配一个VMA
然后
error = file->f_op->mmap(file, vma);
就调用了驱动里的mmap      
这时候vma->vm_pgoff = pgoff    (这个pgoff就是map(offset, len , fd ,...)  中的 offset ，当然经过处理了，PAGE_SHIFT移来移去的)

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以下是Camera mmap的一个例子：

/*!
 * V4L interface - mmap function
 * @param file        structure file *
 * @param vma         structure vm_area_struct *
 * @return status     0 Success, EINTR busy lock error, ENOBUFS remap_page error
 */
static int mxc_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
{
struct video_device *dev = video_devdata(file);
unsigned long size;
     int res = 0;
     cam_data *cam = video_get_drvdata(dev);
     pr_err("=============================camera mmap\n");
     pr_err("In MVC:mxc_mmap\n");
     pr_err("   pgoff=0x%lx, start=0x%lx, end=0x%lx\n",
            vma->vm_pgoff, vma->vm_start, vma->vm_end);
     /* make this _really_ smp-safe */
     if (down_interruptible(&cam->busy_lock))
                 return -EINTR;
     size = vma->vm_end - vma->vm_start;
     vma->vm_page_prot = pgprot_writecombine(vma->vm_page_prot);
     if (remap_pfn_range(vma, vma->vm_start,
                     vma->vm_pgoff, size, vma->vm_page_prot)) {
           pr_err("ERROR: v4l2 capture: mxc_mmap: "
                        "remap_pfn_range failed\n");
           res = -ENOBUFS;
           goto mxc_mmap_exit;
     }
     vma->vm_flags &= ~VM_IO;/* using shared anonymous pages */
     mxc_mmap_exit:
     up(&cam->busy_lock);
     return res;
}

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用户层调用：

mmap (NULL, mCaptureBuffers[i].length,PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_v4l, mCaptureBuffers[i].phy_offset);

以下是抓取的Log：

 [   46.355719] =============================camera mmap

[   46.360704] In MVC:mxc_mmap
[   46.363635]    pgoff=0x93900, start=0x40c0f000, end=0x40cbf000
[   46.459041] =============================camera mmap
[   46.464109] In MVC:mxc_mmap
[   46.466908]    pgoff=0x93a00, start=0x40dbf000, end=0x40e6f000
[   46.569979] =============================camera mmap
[   46.575116] In MVC:mxc_mmap
[   46.577927]    pgoff=0x93b00, start=0x42692000, end=0x42742000
[   46.631274] =============================camera mmap
[   46.636332] In MVC:mxc_mmap
[   46.639130]    pgoff=0x93c00, start=0x42842000, end=0x428f2000
[   46.673606] =============================camera mmap
[   46.678661] In MVC:mxc_mmap
[   46.681459]    pgoff=0x93d00, start=0x429f2000, end=0x42aa2000

拍照：

[ 1072.567111] =============================camera mmap
[ 1072.572256] In MVC:mxc_mmap
[ 1072.575093]    pgoff=0x92c00, start=0x42692000, end=0x42952000
[ 1072.591292] =============================camera mmap
[ 1072.596321] In MVC:mxc_mmap
[ 1072.599119]    pgoff=0x91000, start=0x42952000, end=0x42c12000
[ 1072.612007] =============================camera mmap
[ 1072.616990] In MVC:mxc_mmap
[ 1072.619852]    pgoff=0x91400, start=0x42f25000, end=0x431e5000

返回preview:

[ 1074.351975] =============================camera mmap
[ 1074.357060] In MVC:mxc_mmap
[ 1074.359895]    pgoff=0x91700, start=0x40c0a000, end=0x40cba000
[ 1074.369823] =============================camera mmap
[ 1074.374837] In MVC:mxc_mmap
[ 1074.377635]    pgoff=0x93900, start=0x40cc5000, end=0x40d75000
[ 1074.385910] =============================camera mmap
[ 1074.390883] In MVC:mxc_mmap
[ 1074.393713]    pgoff=0x93e00, start=0x40d75000, end=0x40e25000
[ 1074.402028] =============================camera mmap
[ 1074.407004] In MVC:mxc_mmap
[ 1074.409808]    pgoff=0x92b00, start=0x40e25000, end=0x40ed5000
[ 1074.417813] =============================camera mmap
[ 1074.422813] In MVC:mxc_mmap
[ 1074.425610]    pgoff=0x91600, start=0x42692000, end=0x42742000

切换到录像：

[ 1148.276637] =============================camera mmap

[ 1148.281664] In MVC:mxc_mmap
[ 1148.284470]    pgoff=0x92b00, start=0x40e00000, end=0x40e98000
[ 1148.293967] =============================camera mmap
[ 1148.298943] In MVC:mxc_mmap
[ 1148.301780]    pgoff=0x93900, start=0x42323000, end=0x423bb000
[ 1148.311097] =============================camera mmap
[ 1148.316121] In MVC:mxc_mmap
[ 1148.318920]    pgoff=0x93e00, start=0x423bb000, end=0x42453000
[ 1148.328422] =============================camera mmap
[ 1148.333448] In MVC:mxc_mmap
[ 1148.336246]    pgoff=0x93c00, start=0x42453000, end=0x424eb000
[ 1148.346153] =============================camera mmap
[ 1148.351130] In MVC:mxc_mmap
[ 1148.353981]    pgoff=0x93d00, start=0x424eb000, end=0x42583000

==================================================================

利用mmap实现用户空间驱动的理解