Linux内核空间映射到用户空间

***************************************************************************************************************************

作者：EasyWave 时间：2012.12.26

类别：Linux内核- 内核空间映射 声明：转载，请保留链接

注意：如有错误，欢迎指正。这些是我学习的日志文章......

***************************************************************************************************************************

一：简介

共享内存可以说是最有用的进程间通信方式，也是最快的IPC形式。两个不同进程A、B共享内存的意思是，同一块物理内存被映射到进程A、B各自的进程地址空间。进程A可以即时看到进程B对共享内存中数据的更新，反之亦然。由于多个进程共享同一块内存区域，必然需要某种同步机制，互斥锁和信号量都可以。

采用共享内存通信的一个显而易见的好处是效率高，因为进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。对于像管道和消息队列等通信方式，则需要在内核和用户空间进行四次的数据拷贝，而共享内存则只拷贝两次数据。一次从输入文件到共享内存区，另一次从共享内存区到输出文件。实际上，进程之间在共享内存时，并不总是读写少量数据后就解除映射，有新的通信时，再重新建立共享内存区域。而是保持共享区域，直到通信完毕为止，这样，数据内容一直保存在共享内存中，并没有写回文件。共享内存中的内容往往是在解除映射时才写回文件的。因此，采用共享内存的通信方式效率是非常高的。



二：实例应用

Linux的2.2.x内核支持多种共享内存方式，如mmap()系统调用，Posix共享内存，以及系统V共享内存。当内核空间和用户空间存在大量数据交互时, 共享内存映射就成了这种情况下的不二选择; 它能够最大限度的降低内核空间和用户空间之间的数据拷贝, 从而大大提高系统的性能.

以下是创建从内核空间到用户空间的共享内存映射的模板代码(在内核2.6.18和2.6.32上测试通过):

1.内核空间分配内存

[cpp] view
plaincopyprint?





#include <linux/types.h>

#include <linux/mm.h>

#include <linux/vmalloc.h>



int mmap_alloc(int require_buf_size)

{

struct page *page;



mmap_size = PAGE_ALIGN(require_buf_size);



#if USE_KMALLOC //for kmalloc

mmap_buf = kzalloc(mmap_size, GFP_KERNEL);

if (!mmap_buf) {

return -1;

}

for (page = virt_to_page(mmap_buf ); page < virt_to_page(mmap_buf + mmap_size); page++) {

SetPageReserved(page);

}

#else //for vmalloc

mmap_buf = vmalloc(mmap_size);

if (!mmap_buf ) {

return -1;

}

for (i = 0; i < mmap_size; i += PAGE_SIZE) {

SetPageReserved(vmalloc_to_page((void *)(((unsigned long)mmap_buf) + i)));

}

#endif



return 0;

}

2.用户空间映射内存

[cpp] view
plaincopyprint?





int test_mmap()

{

mmap_fd = open("/dev/mmap_dev", O_RDWR);

mmap_ptr = mmap(NULL, mmap_size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_LOCKED, mmap_fd, 0);

if (mmap_ptr == MAP_FAILED) {

return -1;

}

return 0;

}

3.内核空间映射内存: 实现file_operations的mmap函数

[cpp] view
plaincopyprint?





static int mmap_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)

{

int ret;

unsigned long pfn;

unsigned long start = vma->vm_start;

unsigned long size = PAGE_ALIGN(vma->vm_end - vma->vm_start);



if (size > mmap_size || !mmap_buf) {

return -EINVAL;

}



#if USE_KMALLOC

return remap_pfn_range(vma, start, (virt_to_phys(mmap_buf) >> PAGE_SHIFT), size, PAGE_SHARED);

#else

/* loop over all pages, map it page individually */

while (size > 0) {

pfn = vmalloc_to_pfn(mmap_buf);

if ((ret = remap_pfn_range(vma, start, pfn, PAGE_SIZE, PAGE_SHARED)) < 0) {

return ret;

}

start += PAGE_SIZE;

mmap_buf += PAGE_SIZE;

size -= PAGE_SIZE;

}

#endif

return 0;

}



static const struct file_operations mmap_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.ioctl = mmap_ioctl,

.open = mmap_open,

.mmap = mmap_mmap,

.release = mmap_release,

};

4.用户空间撤销内存映射

[cpp] view
plaincopyprint?





void test_munmap()

{

munmap(mmap_ptr, mmap_size);

close(mmap_fd);

}

5.内核空间释放内存; 必须在用户空间执行munmap系统调用后才能释放

[cpp] view
plaincopyprint?





void mmap_free()

{

#if USE_KMALLOC

struct page *page;

for (page = virt_to_page(mmap_buf); page < virt_to_page(mmap_buf + mmap_size); page++) {

ClearPageReserved(page);

}

kfree(mmap_buf);

#else

int i;

for (i = 0; i < mmap_size; i += PAGE_SIZE) {

ClearPageReserved(vmalloc_to_page((void *)(((unsigned long)mmap_buf) + i)));

}

vfree(mmap_buf);

#endif

mmap_buf = NULL;

}

对于大数据的内存访问,一般来说在Linux系统中采用内存映射是最好的方式,这样对于应用层来说,可以很方便的访问到内核的空间..

from： http://blog.csdn.net/wavemcu/article/details/8441072