内存映射VMA

用户空间是不可能也不应该直接访问设备的，但是，设备驱动程序中可实现 mmap()函数，这个函数可使得用户空间能直接访问设备的物理地址。实际上，mmap()实现了这样的一个映射过程：它将用户空间的一段内存与设备内存关联，当用户访问用户空间的这段地址范围时，实际上转化为对设备的访问。mmap()必须以 P AGE_SIZE 为单位进行映射，实际上， 内存只能以页为单位进行映射， 若要映射非 P AGE_SIZE 整数倍的地址范围，要先进行页对齐， 强行以 P AGE_SIZE的倍数大小进行映射。

从内核看，进程是分配系统资源（CPU、内存）的载体，为了管理进程，内核必须对每个进程所做的事情进行清楚的描述，这就是进程描述符，内核用task_struct结构体来表示进程，并且维护一个该结构体链表来管理所有进程。该结构体包含一些进程状态、调度信息等上千个成员，我们这里主要关注进程描述符里面的内存描述符（struct mm_struct mm）

 具体的结构，请参考下图

现在已经知道了内存映射是把设备地址映射到进程空间地址（注意：并不是所有内存映射都是映射到进程地址空间的，ioremap是映射到内核虚拟空间的，mmap是映射到进程虚拟地址的），实质上是分配了一个vm_area_struct结构体加入到进程的地址空间，也就是说，把设备地址映射到这个结构体，映射过程就是驱动程序要做的事了

过程用户空间mmap()->sys_mmap_pgoff()进入内核 —>do_mmap_pgoff()完成内存的映射（根据用户空间mmap函数的参数构成struct vm_area_struct 对象，然后调用filp->f_op->mmap函数）。

设备驱动程序中的mmap()函数，将内核提供的用户空间来自MMAP区域的一段内存（内核将这段区域以struct vm_area_struct 对象作为参数的方式告诉驱动程序）映射到设备内存上。驱动程序需要通过配置相应的页目录表项的方式来完成。

 使用内核提供的函数来完成映射： remap_pfn_range(),  

mmap主要有2种用法，一个是建立匿名映射，可以起到父子进程之间共享内存的作用。另一个是磁盘文件映射进程的虚拟地址空间（这个和交换分区的概念不同，交换分区的概念是基于页面置换的实现），可以节省一次内存拷贝.

mmap的主要的好处在于，减少一次内存拷贝。在我们平时vfs的read/write系统调用中，文件内容的拷贝要多经历内核缓冲区这个阶段，所以比mmap多了一次内存拷贝，mmap只有用户空间的内存拷贝(这个阶段read/write也有）。正是因为减少了从Linux的页缓存到用户空间的缓冲区的这一次拷贝，所以mmap大大提高了性能，mmap也被称为zero-copy技术

 

 

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