背景

最近在分析問題時，遇到了mmap fb設(shè)備失敗問題，順便看了下4.1版本內(nèi)核中的mmap相關(guān)流程，以前看過老版本的，有些忘記了，這里權(quán)當記錄，供后續(xù)參考。

mmap是什么？

相信做過Linux開發(fā)的兄弟都或多或少用過，或者聽說過mmap，但可能并不完全了解mmap的作用。

mmap字面上是內(nèi)存映射的意思，聽起來比較抽象，其用法有很多，但總結(jié)起來，主要是如下兩個用途：

將文件內(nèi)容映射到進程用戶態(tài)的虛擬地址空間中，如此，進程就可以通過讀寫相應(yīng)的虛擬地址空間內(nèi)容，而直接讀寫相應(yīng)文件中的內(nèi)容。如此映射最大的好處是，進程可以直接從用戶態(tài)訪問文件中的數(shù)據(jù)，而不需要用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間的內(nèi)存拷貝操作(正常流程下，如果想要向文件中寫數(shù)據(jù)，需要將數(shù)據(jù)從用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核態(tài)，然后再從內(nèi)核態(tài)寫入文件)，相當于少了一次內(nèi)存拷貝操作，這也是人們常說的零拷貝技術(shù)之一。當然，這里的文件不限于普通文件，Unix環(huán)境中，一切皆文件嘛，這里的文件完全可能是特殊文件，比如設(shè)備文件，那相應(yīng)的mmap操作就需要單獨的驅(qū)動實現(xiàn)了。

分配內(nèi)存。當mmap中傳入的fd為空時，其作用就是分配內(nèi)存，類似于malloc(其實malloc的glibc實現(xiàn)中就使用了mmap來分配內(nèi)存)，俗稱“匿名映射”，匿名的意思就是fd為空，名字很抽象，本質(zhì)不復(fù)雜：就是在進程的虛擬地址空間中分配一段虛擬內(nèi)存(用vma表示)，物理內(nèi)存在缺頁異常中分配，并修改相應(yīng)頁表。

mmap基本原理

如前面所述，mmap主要有兩種用途，其中第一種用途分兩種情況(普通文件和特殊文件)，這里分別描述相關(guān)原理：

1.普通文件的mmap基本原理為：每個文件(file)都定義了相應(yīng)的文件操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(file_operations)，該結(jié)構(gòu)中定義了mmap操作，比如ext3文件系統(tǒng)文件對應(yīng)的文件操作為：ext3_file_operations，對應(yīng)的mmap操作接口為：generic_file_mmap。generic_file_mmap中就是創(chuàng)建(或查找利用現(xiàn)有的)vma，然后設(shè)置相應(yīng)的成員，包括缺頁異常對應(yīng)的處理鉤子，最后返回相應(yīng)的虛擬地址。當進程訪問(寫)相應(yīng)的虛擬地址時，硬件會觸發(fā)缺頁異常(因為相應(yīng)的頁表項還沒有創(chuàng)建)，此時會進入缺頁異常流程(do_page_fault)，然后會進入之前設(shè)置的缺頁異常鉤子，該鉤子會觸發(fā)文件系統(tǒng)的寫入操作，最終會將數(shù)據(jù)寫入到文件中。

2.特殊文件(以設(shè)備文件為例)的mmap的基本原理與上述普通文件類似，主要差別在于：其定義的文件操作不同，對應(yīng)的接口不同；其實現(xiàn)取決于具體的驅(qū)動，流程與普通文件實現(xiàn)可以完全不同，這里不詳述。

3.匿名映射的基本原理：由于沒有具體的fd，沒有對應(yīng)的文件，匿名映射沒有對應(yīng)的文件操作，其流程比較直接，主要還是創(chuàng)建(或查找利用現(xiàn)有的)vma，然后設(shè)置相應(yīng)的成員，返回相應(yīng)的虛擬地址。當進程訪問(寫)相應(yīng)的虛擬地址時，硬件會觸發(fā)缺頁異常(因為相應(yīng)的頁表項還沒有創(chuàng)建)，此時會進入缺頁異常流程(do_page_fault)，然后會進入匿名映射對應(yīng)的流程，主要就是為虛擬地址范圍創(chuàng)建相應(yīng)的頁表，本質(zhì)上，就是分配了相應(yīng)的物理內(nèi)存。

代碼流程

mmap流程

mmap有相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用接口，從系統(tǒng)調(diào)用開始的大致流程如下（代碼不是很好找，需要仔細看看）：

SYSCALL_DEFINE6(mmap_pgoff, ...sys_mmap_pgoff SYSCALL_DEFINE6(mmap_pgoff, ...vm_mmap_pgoffdo_mmap_pgoffmmap_regionfile->f_op->mmap() //不同文件(驅(qū)動)自己定義的mmap鉤子，比如ext3文件系 統(tǒng)對應(yīng)為`generic_file_mmap`

文件缺頁異常流程

do_page_fault__do_page_faulthandle_pte_fault__handle_mm_faulthandle_pte_faultdo_faultdo_shared_fault__do_faultvma->vm_ops->fault() //文件系統(tǒng)或驅(qū)動注冊的缺頁異常鉤子，如ext4文件對應(yīng)為filemap_fault

匿名映射缺頁異常流程

do_page_fault__do_page_faulthandle_pte_fault__handle_mm_faulthandle_pte_faultdo_anonymous_pagemk_pte //創(chuàng)建頁表項set_pte_at

原文地址：?http://happyseeker.github.io/kernel/2016/06/15/mmap-flow.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的mmap原理及流程(kernel 4.1版本)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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