[置顶] 内核与用户态程序共享内存的方法

一、首先获取一块物理上连续的物理内存

有多种方法。

(a)通过kernel命令行参数预留一些内存

这种方法，适合于需要大块的物理连续的内存。

假设物理内存总量为256M。命令行参数中，指定 mem=224M。即只让内核使用前224M内存，忽略其余的内存。

这样，我们就有了32M的内存可用，内存起始物理地址为224*1024*1024。

在内核态，通过ioremap，就可以将此物理地址处的内存映射到内核空间。

不过，这种方法好像在X86_64架构下会有问题。在arm上，则没有发现问题。

有高手知道原因，还望指导一下^_^

(b)直接从内核申请一块内存

通过__get_free_pages(GFP_KERNEL,n); 从内核申请n个内存页。n好像必须是2的整数次方。

二、将内存映射到用户空间

通过上面的工作，内核中已经得到了此内存的虚拟地址，当然这是内核空间的虚拟地址。我们假设此地址保存在了void  *rsv_mem变量中。

接下来把他映射到用户空间。这个工作分两部分。一部分是内核态的工作，一部分是用户态的工作。

1. 内核态的工作

在内核态调用misc_register注册一个设备，此设备的其他方面，我们就不说了。

只说说file_operations中的mmap成员的实现。这个实现很简单，代码如下：

static int soft_wdt_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
 {
     unsigned long pfn = (virt_to_phys(rsv_mem) >> PAGE_SHIFT);

     if (remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, pfn,
                vma->vm_end - vma->vm_start,
                vma->vm_page_prot))
         return -EAGAIN;

     return 0;
 }

2. 用户态的工作

假设内存大小是8192字节。

    int fd=open("/dev/my_dev", O_RDWR);
    void *ptr_dev_mem==mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);

好了，这就完成了用户态的映射了。

实际上，要想方便的应用内存共享，实现高性能的业务处理，还有一些工作要做。
以生产者、消费者为例，可以这样实现具体的应用。
内核态驱动将这块映射好的大内存分成很多块小的buffer，放到一个buffer pool中管理起来。
同时，内核态驱动创建一个队列，里面存放待消费的内容。
然后，内核态的驱动需要实现poll函数，以便用户态程序能够使用poll或select查询有没有待消费的内容。
另外，内核驱动还需要实现一组ioctl函数，以便用户态获取队列中的buffer信息。
最后，在内核态中创建一个生产者线程，他不断的从buffer pool中申请一个buffer，填入数据后，将他送入队列。


用户态程序实现消费者。
消费者打开设备文件，并完成内存映射后，通过select或poll操作，就知道当前有没有待消费的内容。
若有，则可以通过ioctl系统调用(可以定义一个无阻塞的命令)，进入内核态，内核态则将队列首部的buffer做出队操作，并返回此buffer的信息(例如，内核态根据buffer的内核态地址返回此buffer的索引号)。用户态就可以根据返回的信息，得到此buffer的用户态地址，进行消费。消费之后，再通过ioctl系统调用，告诉内核将此buffer释放回buffer pool。内核与用户态之间，还可以定义一个阻塞模式的ioctl命令，用户态用此命令获取buffer，若当前队列无buffer，则将消费者挂起，直到有buffer入列了，或者消费者收到了信号。