linux mmap應用與驅動共享記憶體

重力弹力支持力發表於2024-05-03
Linux記憶體

mmap簡介

將使用者空間的一段記憶體區域對映到核心空間，對映成功後，使用者對這段記憶體區域的修改可以直接反映到核心空間，同樣，核心空間對這段區域的修改也直接反映使用者空間。

參考文章

輕鬆突破檔案IO瓶頸：記憶體對映mmap技術
深入理解記憶體對映：加速檔案訪問的神奇原理

應用例項

應用與應用共享記憶體

應用與應用之間共享記憶體一般需要有一箇中間檔案充當媒介，因為我們先建立一個1K大小的testfile檔案來充當媒介檔案（也可以在程式碼中新增），此時以在終端中建立為例
dd if=/dev/zero of=a.txt bs=1024 count=1
切記不能使用touch建立，因為touch沒有設定檔案大小，mmap申請虛擬記憶體會報錯

示例程式碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>

int main(int argc, char** argv) {
	int fd;
	char* addr;
	char str[100]="hello world hello world hello world hello world";

	if((fd = open("testfile", O_RDWR)) == -1){
		perror("open testfile failed");
	}

	addr = mmap(NULL,  100, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
	if(addr == MAP_FAILED)
		fprintf(stderr, "mmap failed\n");

	memcpy(addr, str, strlen(str));
	printf("%s\n", addr);

	return 0;
}

執行測試

~/linux/test$ ./write_mmap
hello world hello world hello world hello world

成功訪問到虛擬記憶體內的字串內容，測試透過

應用與驅動共享記憶體

應用與驅動之間的共享記憶體會比較麻煩一點，程式碼是簡化過後，不一定能跑通，大家可以參考一下

驅動部分

#include <linux/init.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fs.h>

char* mmap_buf = NULL;

static ssize_t wyr_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt){
    return 0;
}

static int wyr_open(struct  inode *inode, struct file *filep){
    filep->private_data = &ledstr;
    mmap_buf = kmalloc(4096, GFP_KERNEL);//4096是頁大小，一定要按頁大小申請空間，不然程式有問題
    return 0;
}
 
static ssize_t wyr_read(struct file *filep, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt){
    int i;
    for(i=1; i<101;i++){
        printk("%d\t", *(mmap_buf+i-1));
        if(i%10 == 0) printk("\n");
    }
    return 0;
}

static int wyr_close(struct inode *inode, struct file *filep){
    if(mmap_buf)    //如果mmap_buf不為NALL，表明曾經kmalloc申請過記憶體，這時才需要free
        kfree(mmap_buf);
    return 0;
}

static int wyr_mmap(struct file* filep, struct vm_area_struct *vma){
    vma->vm_flags |= VM_IO;
    vma->vm_flags |= VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP;
    vma->vm_page_prot = pgprot_writecombine(vma->vm_page_prot);
    if(remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, virt_to_phys(mmap_buf)>>PAGE_SHIFT, vma->vm_end - vma->vm_start, vma->vm_page_prot)){
        printk("mmap remp_pfn_range failed\n");
        return -1;
    }
    return 0;
}

static struct file_operations led_fops={
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = wyr_open,
    .write = wyr_write,
    .read=wyr_read,
    .release = wyr_close,
    .mmap = wyr_mmap,
};

static struct miscdevice miscdev = {
    .minor = 144,
    .name = "wyr_led",
    .fops = &led_fops,
};

static int __init led_init(void){
    return misc_register(&miscdev);
}

static void __exit led_exit(void){
    misc_deregister(&miscdev);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("wyr");

注意kmalloc申請的大小一定要是頁大小的倍數，sysconf(_SC_PAGESIZE)可以獲取到頁大小

應用部分

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include <sys/mman.h>

int main(int argc, char * argv[]) {
	int fd, retval;
	char* buf;
	char* filename;
	int i;

	fd = open(argv[1], O_RDWR);
	if (fd < 0){
		printf("Error opening\r\n");
		return -1;
	}

	buf = mmap(NULL, 100, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
	printf("⻚大小＝%d\n", sysconf(_SC_PAGESIZE));
	sleep(2);

	for(i = 0; i <100; i++){
		*(buf+i) = i+1;
	}

	read(fd, NULL, 1);

	munmap(buf, 100);
	retval = close(fd);
	if (retval < 0)
		printf("Error closing\r\n");

	return 0;
}

程式的邏輯是應用向虛擬空間寫入1~100，然後在驅動中訪問虛擬記憶體並列印出虛擬記憶體的內容

執行測試

/lib/modules/4.1.15 # depmod
/lib/modules/4.1.15 # modprobe leddri_wyr.ko
/lib/modules/4.1.15 # ./ledGUI /dev/wyr_led
⻚大小＝4096
1       2       3       4       5       6       7       8       9       10
11      12      13      14      15      16      17      18      19      20
21      22      23      24      25      26      27      28      29      30
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71      72      73      74      75      76      77      78      79      80
81      82      83      84      85      86      87      88      89      90
91      92      93      94      95      96      97      98      99      100
/lib/modules/4.1.15 #

列印成功測試透過！！！

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