进程与内存5-mmap实现2（remap_pfn_range方法原理及实例）
这一篇是说mmap()的另一种实现方法，利用remap_pfn_page一次性映射。
先简单看看remap_pfn_page的源代码吧。这个代码有些函数基于平台基于版本。我的平台：arm920tlinux-3.2.36。
先对参数解读：
vma:用户层使用的vma
addr:用户的起始地址
pfn:内核空间的物理地址（内核这么写的）。我觉得只能说是内核空间地址。
size:映射大小
prot：页保护标志。
int remap_pfn_range(struct vm_area_struct*vma, unsigned long addr,
unsigned long pfn, unsignedlong size, pgprot_t prot)
{
pgd_t *pgd;
unsigned long next;
unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
int err;
/*
VM_IO： 标志一个 VMA 作为内存映射的 I/O 区. 在其他方面, VM_IO 标志阻止这个区被包含在进程核转储中
VM_RESERVED： 告知内存管理系统不要试图交换出这个 VMA; 它应当在大部分设备映射中设置.
VM_PFNMAP：纯粹的PFN，内存管理不要用struct page管理。
*/
if (addr == vma->vm_start && end == vma->vm_end) {//整个vma
vma->vm_pgoff = pfn;
vma->vm_flags |=VM_PFN_AT_MMAP;//全映射
//VM_PFN_AT_MMAP: PFNMAP vma that is fullymapped at mmap time
} else if (is_cow_mapping(vma->vm_flags))//是否为写时拷贝机制。
/*
COW判判断的标志为：VM_MAYWRITE;
*/
return -EINVAL;
vma->vm_flags |= VM_IO | VM_RESERVED | VM_PFNMAP;
err = track_pfn_vma_new(vma, &prot, pfn, PAGE_ALIGN(size));//arm上它是一个空函数。用于跟踪PFN映射的内存类型。可以看看x86上干了什么，arm是空，就不看了。
if (err) {
vma->vm_flags &= ~(VM_IO| VM_RESERVED | VM_PFNMAP);
vma->vm_flags &=~VM_PFN_AT_MMAP;
return -EINVAL;
}
BUG_ON(addr >= end);
pfn -= addr >> PAGE_SHIFT;//这里减去了，下面又加上传入remap_pud_range里面处理。在下面的操作中，唯一有影响的是untrack_pfn_vma()，这个函数对应上面的track_pfn_vma_new()，在arm平台也是空。
pgd = pgd_offset(mm, addr);//全局目录页地址：（mm->pgd+addr>>PGDIR_SHIFT）(PGDIR_SHIFT ：21)
flush_cache_range(vma, addr, end);
do {
next = pgd_addr_end(addr, end);
//公式：（addr + PGDIR_SIZE）& PGDIR_MASK
//下面是pud，在内存初始化时我就说个这个一层一层的操作：
//pdg->pud->pmd->pte，这个过程就不详细分析了。我之前的文章有简单的分析。
err = remap_pud_range(mm, pgd,addr, next,
pfn + (addr>> PAGE_SHIFT), prot);
if (err)
break;
} while (pgd++, addr = next, addr != end);
if (err)
untrack_pfn_vma(vma, pfn,PAGE_ALIGN(size));
return err;
}
现在有个vma，内核有个起始地址是sh_mem。
那么我们看传入的对应参数：
vma: vma
addr: vma->vm_start
pfn: page_to_pfn(virt_to_page((unsignedlong)sh_mem + (vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT)))；我的是kmalloc分配的，如果用vmalloc的话，可以考虑vmalloc_to_pfn((unsignedlong)sh_mem + (vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT))，我没试过，如用需要，好自为之。
size: vma->vm_end – vma->vm_start
prot: vma->vm_page_prot
下面是简单的例子：
rpr就是remap_pfn_range简写。
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#define DEV_NAME "rpr"
#define SHARE_MEM_SIZE (PAGE_SIZE * 2)
static char *sh_mem = NULL;
static struct vm_operations_struct rpr_vm_ops;
static int rpr_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
int ret = 0;
struct page *page = NULL;
unsigned long size = (unsigned long)(vma->vm_end - vma->vm_start);
if (size > SHARE_MEM_SIZE)
{
ret = -EINVAL;
goto fail;
}
page = virt_to_page((unsigned long)sh_mem + (vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT));
ret = remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, page_to_pfn(page), size, vma->vm_page_prot);
if (ret)
{
goto fail;
}
vma->vm_ops = &rpr_vm_ops;
return 0;
fail:
return ret;
}
static struct file_operations rpr_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.mmap = rpr_mmap,
};
static struct miscdevice rpr_dev =
{
MISC_DYNAMIC_MINOR,
DEV_NAME,
&rpr_fops,
};
static int rpr_init(void)
{
int result;
result = misc_register(&rpr_dev);
if (result)
{
return result;
}
sh_mem = kmalloc(SHARE_MEM_SIZE, GFP_KERNEL);
if (sh_mem == NULL)
{
result = -ENOMEM;
goto fmem;
}
sprintf(sh_mem, "XiaoLuLu");
sprintf(sh_mem + PAGE_SIZE, "Love Linux forever!\n");
return 0;
fmem:
misc_deregister(&rpr_dev);
return result;
}
static void rpr_exit(void)
{
kfree(sh_mem);
misc_deregister(&rpr_dev);
}
module_init(rpr_init);
module_exit(rpr_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
应用程序和调试结果参考上一篇文章。