本文主要讲述

• mmap 函数的使用，与驱动中 mmap 函数的实现
• mmap 怎么使用，怎么实现，为什么 mmap 可以减少额外的拷贝？

下面简单详情。

一、 mmap 的使用

#include <sys/mman.h>void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flag, int filedes, off_t off );int munmap(void *addr, size_t length);

函数属于系统调用级别，负责内存映射。

形容

mmap

把文件或者者设施映射到内存。这个函数在调用进程的虚拟地址空间中创立一块映射区域。

addr 指定映射区域的首地址。假如 addr 是 NULL ，那么由内核来选择一个地址来创立映射的区域,否则创立的时候会尽可能地使用 addr 的地址。在linux系统中，创立映射的时候应该是在下一个页面的边界创立, addr 是 NULL 的时候，程序的可移植性最好。

len 指定文件被映射的长度, 或者者映射区域的长度。

offset 指定从文件的哪个偏移位置开始映射。=offset= 必需是页面大小的整数倍页面的大小可以由 sysconf(_SC_PAGE_SIZE) 来返回.

prot 指定内存的保护模式（具体参见 man ）, flags 指定区域在不同进程之间的共享方式，以及区域能否同步到相应的文件等等（具体参见 man ）.

这个函数返回新创立的页面的地址。

munmap

取消 address 指定地址范围的映射。以后再引用取消的映射的时候就会导致非法内存的访问。

这里 address 应该是页面的整数倍， length 指定取消映射的地址长度。

成功的时候这个函数返回0, 失败的时候，两者都返回-1.

举例

//hello hello hello/*程序功能： * 1)主要测试mmap和munmap的2)简单的write * 具体为： * 在命令中分别指定文件名，映射的长度，映射的起始地址. * 将文件映射到内存中 * 把映射到内存中的内容用write写到标准输出。 * 注意，这里没有对越界进行检测。 * */#include <sys/mman.h>//mmap#include <unistd.h>//sysconf#include <fcntl.h>//file open#include <stdio.h>//printfint main(int argc, char *argv[]){    if(argc != 4)    {        write(STDOUT_FILENO,"hello\n",6);        printf("usage:%s \n",argv[0]);        return 1;    }    char *filename = argv[1];//1)指定文件    printf("the file to be mapped is:%s\n",filename);    int fd = open(filename,O_RDONLY);    int offset = atoi(argv[2]);//2)指定映射起始地址(页面的整数倍)    printf("start offset of file to be mapped is:%d\n",offset);    printf("page size is:%ld\n",sysconf(_SC_PAGE_SIZE));    int realOffset = offset & ~(sysconf(_SC_PAGE_SIZE) - 1);//转换成页面的整数倍    printf("real start offset of file to be mapped is:%d\n",realOffset);    int length = atoi(argv[3]);//3)指定映射长度    printf("the length to be map is:%d\n",length);    int realLen = length+offset-realOffset;//实际写入的字节数    printf("the real length to be map is:%d\n",realLen);    //mmap的参数分别是：    //NULL,让内核自己选择映射的地址;realLen指定映射的长度；    //PROT_READ只读；MAP_PRIVATE不和其余的进程之间共享映射区域,数据也不写入对应的文件中；    //realOffset映射文件的起始地址(页面的整数倍)。    char *addr = mmap(NULL, realLen,PROT_READ,MAP_PRIVATE,fd,realOffset);//4)开始映射    //关闭打开的文件，实际程序退出的时候会自动关闭。    //关闭文件之后，相应的映射内存依旧存在,映射的内存用munmap关闭。    close(fd);    //write的参数分别是：    //STDOUT_FILENO:文件形容符号（这里是标准输出）    //addr,将要写入文件的内容的地址    //realLen,写入的长度,长度以addr作为起始地址    write(STDOUT_FILENO,addr,realLen);//将映射的内容写到标准输出    munmap(addr,realLen);//5)关闭映射的内存    //write(STDOUT_FILENO,addr,realLen);//不能使用了    printf("\n");}

二、 mmap 实现

驱动中有对 mmap 的具体实现。客户调用 mmap 系统调用函数之后，最终会调用到驱动中的 mmap 函数接口。下面是一个例子：

static int commdrv_mmap(struct file* file, struct vm_area_struct* vma){    long phy_addr;    unsigned long offset;    unsigned long size;    vma->vm_page_prot = pgprot_noncached(vma->vm_page_prot);    vma->vm_flags |= VM_LOCKED;    offset = vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;/*XXX assume is 12*/    size = vma->vm_end - vma->vm_start;    if(BUF0_OFF == offset) {        phy_addr = PHYS_BASE0;    } else if(BUF1_OFF == offset) {        phy_addr = PHYS_BASE1;    } else if(START_OFF == offset) {        phy_addr = PHYS_BASE;    } else {        return -ENXIO;    }    /*phy_addr must be 4k *n*/    if(remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, phy_addr >> PAGE_SHIFT, size, vma->vm_page_prot)) {        return -ENXIO;    }    return 0;}

对于以上代码，
vma->vm_page_prot = pgprot_noncached(vma->vm_page_prot); 表示要映射的内存是非cached的，这样不会存在缓存中的数据和实际数据不一致的情况，但是速度会比cached的要慢。

offset 表示要映射的数据偏移，来自客户空间的 mmap 调用，在这里进行判断，尽管一般的文件就将这个偏移量做为文件偏移了，其实这个 offset 的含义，由驱动自己解释，不肯定就是字节偏移，驱动根据这个偏移量来决定映射哪块内存。

size 表示要映射的内存的大小。

remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, phy_addr >> PAGE_SHIFT, size, vma->vm_page_prot) 表示将根据被映射的物理地址，以及虚拟起始地址，和大小等信息，将相应的部分映射到客户空间。

其中参数vma直接来自 commdrv_mmap 函数的参数， phy_addr 是要映射的设施的物理地址(必需是页对齐的)，只有一些的信息自定义，大多来自外部。最后映射的地址，通过客户调用的 mmap 函数返回，客户可以直接操作。

三、 mmap 优点

mmap 实现了将设施驱动在内核空间的部分地址直接映射到客户空间，使得客户程序可以直接访问和操作相应的内容。减少了额外的拷贝，而一般的 read ， write 函数尽管表面上直接向设施写入，其实还需要进行一次拷贝。

例如，下面是某个设施驱动中的的 write 实现，当外面客户程序调用 write 系统调用向相应设施文件写之后，最终会进入到这个函数进行真正的读取所需操作。

static ssize_t commdrv_write(struct file* filp, char __user* buf,        size_t count, loff_t* ppos){    char* wbuf;    wbuf = (char*)vmalloc(count);    if(!wbuf) {        return 0;    }    ret = copy_from_user(wbuf, (char __user*)buf, count);    if(0 != ret) {        vfree(wbuf);        return 0;    }    .....do others things with wbuf......    vfree(wbuf);    return count;}

由上面的代码可知，客户传入的数据指针 buf ，在驱动中（也就是内核空间）不能直接访问，必需使用 copy_from_user 将其拷贝到内核空间的一块内存，而后才能进行后续的操作（内核中不能不经过 copy_from_user ，直接访问客户传下来的指针 buf 的地址的内容）。而 mmap ，使得将内核空间直接映射到了客户空间，让客户空间通过返回的指针直接访问，这样内核和客户空间直接操作同样的内存。也就是说，假如不使用 mmap ，那么因为在内核空间的代码，和外面客户空间的代码对应的地址空间不同，这样内核空间和客户空间不能互相访问其指针；假如想要访问，对方指针的内容，那么只能通过 copy_from_user 之类的函数先将其数据拷贝到内核空间（相应的 read 一般使用 copy_to_user 可以将内核空间内的指针数据拷贝给客户空间的指针所指）再访问。除非直接将内存映射，否则肯定要拷贝才能访问客户空间数据。

四、其它

参考： http://blog.chinaunix.net/uid-9525959-id-3063123.html