进程可以通过mmap把一个已打开文件映射到用户空间.

  1. mmap(void*start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset)

start表示用户空间映射的起始地址,offset文件的起始length长度.
  1. asmlinkage long sys_mmap2(unsigned long addr, unsigned long len,
  2. unsigned long prot, unsigned long flags,
  3. unsigned long fd, unsigned long pgoff)
  4. {
  5. return do_mmap2(addr, len, prot, flags, fd, pgoff);
  6. }
其主体是do_mmap2,注意其标志MAP_ANONYMOUS表示匿名映射
  1. /* common code for old and new mmaps */
  2. static inline long do_mmap2(
  3. unsigned long addr, unsigned long len,
  4. unsigned long prot, unsigned long flags,
  5. unsigned long fd, unsigned long pgoff)
  6. {
  7. int error = -EBADF;
  8. struct file * file = NULL;
  9. flags &= ~(MAP_EXECUTABLE | MAP_DENYWRITE);
  10. if (!(flags & MAP_ANONYMOUS)) {//map_anonymous表示没有文件,只是在指定位置分配内存
  11. file = fget(fd);//上一条表示,没有文件,就跳过if以下,有文件则打开文件
  12. if (!file)//如果文件不存在,直接返回错误
  13. goto out;
  14. }
  15. down(&current->mm->mmap_sem);//信号量down操作
  16. error = do_mmap_pgoff(file, addr, len, prot, flags, pgoff);//mmap主体操作还是这个
  17. up(&current->mm->mmap_sem);//信号量up操作
  18. if (file)
  19. fput(file);
  20. out:
  21. return error;
  22. }
其主体为do_mmap_pgoff
  1. do_mmap_pgoff(file, addr, len, prot, flags, pgoff);
第一个参数为打开文件,第二个地址,第三长度,第四个参数为访问权限,第五个参数为其他控制目的,第6个为偏移量
  1. unsigned long do_mmap_pgoff(struct file * file, unsigned long addr, unsigned long len,
  2. unsigned long prot, unsigned long flags, unsigned long pgoff)
  3. {
  4. struct mm_struct * mm = current->mm;//获取当前进程的内存描述符
  5. struct vm_area_struct * vma;
  6. int correct_wcount = 0;
  7. int error;
  8. //file非0表示是文件,其对应一定有相关操作函数.
  9. if (file && (!file->f_op || !file->f_op->mmap))
  10. return -ENODEV;
  11. //长度对齐,如果为0,直接返回
  12. if ((len = PAGE_ALIGN(len)) == 0)
  13. return addr;
  14. //长度大于3g或者addr+len映射区域超过用户空间,返回错误
  15. if (len > TASK_SIZE || addr > TASK_SIZE-len)
  16. return -EINVAL;
  17. // 偏移量是否超过了长度
  18. /* offset overflow? */
  19. if ((pgoff + (len >> PAGE_SHIFT)) < pgoff)
  20. return -EINVAL;
  21. //映射次数是否超过了限定
  22. /* Too many mappings? */
  23. if (mm->map_count > MAX_MAP_COUNT)
  24. return -ENOMEM;
  25. //是否加锁?这里不知道了
  26. /* mlock MCL_FUTURE? */
  27. if (mm->def_flags & VM_LOCKED) {
  28. unsigned long locked = mm->locked_vm << PAGE_SHIFT;
  29. locked += len;
  30. if (locked > current->rlim[RLIMIT_MEMLOCK].rlim_cur)
  31. return -EAGAIN;
  32. }
  33. /* Do simple checking here so the lower-level routines won't have
  34. * to. we assume access permissions have been handled by the open
  35. * of the memory object, so we don't do any here.
  36. */
  37. if (file != NULL) { //如果文件存在
  38. switch (flags & MAP_TYPE) {//映射类型:读写
  39. case MAP_SHARED://共享映射
  40. if ((prot & PROT_WRITE) && !(file->f_mode & FMODE_WRITE))
  41. return -EACCES;
  42. //确保我们不被允许写在一个只可追加的文件
  43. /* Make sure we don't allow writing to an append-only file.. */
  44. if (IS_APPEND(file->f_dentry->d_inode) && (file->f_mode & FMODE_WRITE))
  45. return -EACCES;
  46. //确保我们的文件没有锁
  47. /* make sure there are no mandatory locks on the file. */
  48. if (locks_verify_locked(file->f_dentry->d_inode))
  49. return -EAGAIN;
  50. /* fall through */
  51. case MAP_PRIVATE://私有映射
  52. if (!(file->f_mode & FMODE_READ))
  53. return -EACCES;
  54. break;
  55. default:
  56. return -EINVAL;
  57. }
  58. }
  59. /* Obtain the address to map to. we verify (or select) it and ensure
  60. * that it represents a valid section of the address space.
  61. */
  62. if (flags & MAP_FIXED) {//如果参数flag的标志位map_fixed为0表示,指定映射位置只是一个参考值
  63. if (addr & ~PAGE_MASK)
  64. return -EINVAL;
  65. } else {//不满足由内核从空洞执行分配一个区域
  66. addr = get_unmapped_area(addr, len);
  67. if (!addr)
  68. return -ENOMEM;
  69. }
  70. /* Determine the object being mapped and call the appropriate
  71. * specific mapper. the address has already been validated, but
  72. * not unmapped, but the maps are removed from the list.
  73. */
  74. vma = kmem_cache_alloc(vm_area_cachep, SLAB_KERNEL);//从slab获取一个vma结构
  75. if (!vma)
  76. return -ENOMEM;
  77. vma->vm_mm = mm;//指向内存描述符
  78. vma->vm_start = addr;//vma的起始地址指向映射的起始地址
  79. vma->vm_end = addr + len;//同上
  80. vma->vm_flags = vm_flags(prot,flags) | mm->def_flags;//设置vma属性
  81. if (file) {//如果file为0,表示匿名映射,仅仅是为了创建虚拟区间,或者仅在于建立从物理空间到虚存空间映射,而非文件映射
  82. VM_ClearReadHint(vma);//以下代码设置一堆属性
  83. vma->vm_raend = 0;
  84. if (file->f_mode & FMODE_READ)
  85. vma->vm_flags |= VM_MAYREAD | VM_MAYWRITE | VM_MAYEXEC;
  86. if (flags & MAP_SHARED) {
  87. vma->vm_flags |= VM_SHARED | VM_MAYSHARE;
  88. /* This looks strange, but when we don't have the file open
  89. * for writing, we can demote the shared mapping to a simpler
  90. * private mapping. That also takes care of a security hole
  91. * with ptrace() writing to a shared mapping without write
  92. * permissions.
  93. *
  94. * We leave the VM_MAYSHARE bit on, just to get correct output
  95. * from /proc/xxx/maps..
  96. */
  97. if (!(file->f_mode & FMODE_WRITE))
  98. vma->vm_flags &= ~(VM_MAYWRITE | VM_SHARED);
  99. }
  100. } else {
  101. vma->vm_flags |= VM_MAYREAD | VM_MAYWRITE | VM_MAYEXEC;
  102. if (flags & MAP_SHARED)
  103. vma->vm_flags |= VM_SHARED | VM_MAYSHARE;
  104. }
  105. vma->vm_page_prot = protection_map[vma->vm_flags & 0x0f];
  106. vma->vm_ops = NULL;
  107. vma->vm_pgoff = pgoff;//表示所映射内容在文件的起点,此值用于发生缺页异常根据虚存地址计算出相应页面的文件位置
  108. vma->vm_file = NULL;
  109. vma->vm_private_data = NULL;
  110. /* Clear old maps */
  111. error = -ENOMEM;
  112. if (do_munmap(mm, addr, len))//检查目的地址的vma空间是否已经使用(如果map_fixed设置为1的话)
  113. goto free_vma;//已经使用则释放free_vma
  114. //检查是否超过了限制
  115. /* Check against address space limit. */
  116. if ((mm->total_vm << PAGE_SHIFT) + len
  117. > current->rlim[RLIMIT_AS].rlim_cur)
  118. goto free_vma;
  119. //检查当前进程专用的可写区间而物理页面不足的情况
  120. /* Private writable mapping? Check memory availability.. */
  121. if ((vma->vm_flags & (VM_SHARED | VM_WRITE)) == VM_WRITE &&
  122. !(flags & MAP_NORESERVE) &&
  123. !vm_enough_memory(len >> PAGE_SHIFT))
  124. goto free_vma;
  125. if (file) {//vm_deanwrite职位表示从文件到vma映射,表示不允许同过常规方式读写文件
  126. if (vma->vm_flags & VM_DENYWRITE) {
  127. error = deny_write_access(file);
  128. if (error)
  129. goto free_vma;
  130. correct_wcount = 1;
  131. }
  132. vma->vm_file = file;
  133. get_file(file);//递增file结构的共享计数
  134. error = file->f_op->mmap(file, vma);//一个文件操作必须存在mmap,否则释放vma
  135. if (error)
  136. goto unmap_and_free_vma;
  137. } else if (flags & MAP_SHARED) {//共享映射
  138. error = shmem_zero_setup(vma);
  139. if (error)
  140. goto free_vma;
  141. }
  142. /* Can addr have changed??
  143. *为了防止flags与addr有变化,再重新设置一遍,
  144. * Answer: Yes, several device drivers can do it in their
  145. * f_op->mmap method. -DaveM
  146. */
  147. flags = vma->vm_flags;
  148. addr = vma->vm_start;
  149. insert_vm_struct(mm, vma);//插入当前进程的内存描述符
  150. if (correct_wcount)
  151. atomic_inc(&file->f_dentry->d_inode->i_writecount);
  152. mm->total_vm += len >> PAGE_SHIFT;//映射区域+len>>page_shit
  153. if (flags & VM_LOCKED) {//需要加锁
  154. mm->locked_vm += len >> PAGE_SHIFT;
  155. make_pages_present(addr, addr + len);//建立初始映射
  156. }
  157. return addr;
  158. unmap_and_free_vma:
  159. if (correct_wcount)
  160. atomic_inc(&file->f_dentry->d_inode->i_writecount);
  161. vma->vm_file = NULL;
  162. fput(file);
  163. /* Undo any partial mapping done by a device driver. */
  164. flush_cache_range(mm, vma->vm_start, vma->vm_end);
  165. zap_page_range(mm, vma->vm_start, vma->vm_end - vma->vm_start);
  166. flush_tlb_range(mm, vma->vm_start, vma->vm_end);
  167. free_vma:
  168. kmem_cache_free(vm_area_cachep, vma);
  169. return error;
  170. }
以上是文件与虚拟区间之间建立的映射,但具体的映射(从虚拟地址映射到物理地址)还没开始,而是把具体页面的映射推迟到真正需要的时候才进行,具体映射的简历,物理页面的换入和换出分别准备了一些函数,filemap_nopage(),ext2_readpage(),ext2_writepage()
什么时候调用呢
(1)该区间中的一个页面首次收到访问时,会由于页面没映射发生缺页异常,相应的异常处理程序do_no_page(),对于ext2系统,do_no_page()会通过ext2_readpage()分配一个空闲内存页面并从文件读入相应页面,并建立映射.
(2)建立映射后,往页面写使得页面变脏,但页面的内容并不会立即写回文件.而是由内核线程bdflush()周期性的运行时通过page_launder()间接调用ext2_writepage(),将页面的内容写入文件.如果页面很长时间没有收到访问,那就会被try_to_swap_out()解除映射而转入不活跃状态,如果页面是脏的那就也调用ext2_writepage()写入然后再解除映射
(3)解除了映射的页面再次收到访问时又会发生缺页异常,因为页面无映射进入do_no_page()
mmap映射,如果文件映射的一个页面长期得不到访问,将直接把页表项设置为0,如果访问到将重新alloc_page分配一个新页面,然后把文件读取到新页面,再建立映射,对于普通的换入/换出则是发生缺页异常从swap分区查找到换出的页面,然后建立映射











linux内核之情景分析mmap操作的更多相关文章

  1. Linux内核源代码情景分析系列

    http://blog.sina.com.cn/s/blog_6b94d5680101vfqv.html Linux内核源代码情景分析---第五章 文件系统  5.1 概述 构成一个操作系统最重要的就 ...

  2. Linux内核源代码情景分析-fork()

    父进程fork子进程: child = fork() fork经过系统调用.来到了sys_fork.具体过程请參考Linux内核源码情景分析-系统调用. asmlinkage int sys_fork ...

  3. linux 内核源代码情景分析——linux 内核源代码中的C语言代码

    linux 内核的主体是以GNU的C语言编写的,GNU为此提供了编译工具gcc.GNU对C语言本身作了不少扩充. 1) gcc 从 C++ 语言中吸收了"inline"和" ...

  4. linux 内核源代码情景分析——地址映射的全过程

    linux 内核采用页式存储管理.虚拟地址空间划分成固定大小的"页面",由MMU在运行时将虚拟地址映射成某个物理内存页面中的地址.页式内存管理比段式内存管理有很多好处,但是由于In ...

  5. linux 内核源代码情景分析——linux 内存管理的基本框架

    386 CPU中的页式存管的基本思路是:通过页面目录和页面表分两个层次实现从线性地址到物理地址的映射.这种映射模式在大多数情况下可以节省页面表所占用的空间.因为大多数进程不会用到整个虚存空间,在虚存空 ...

  6. linux 内核源代码情景分析——用户堆栈的扩展

    上一节中,我们浏览了一次因越界访问而造成映射失败从而引起进程流产的过程,不过有时候,越界访问时正常的.现在我们就来看看当用户堆栈过小,但是因越界访问而"因祸得福"得以伸展的情景. ...

  7. linux 内核源代码情景分析——越界访问

    页式存储管理机制通过页面目录和页面表将每个线性地址转换成物理地址,当遇到下面几种情况就会使CPU产生一次缺页中断,从而执行预定的页面异常处理程序: ① 相应的页面目录或页表项为空,也就是该线性地址与物 ...

  8. linux 内核源代码情景分析——几个重要的数据结构和函数

    页面目录PGD.中间目录PMD和页面表PT分别是由表项pgd_t.pmd_t和pte_t构成的数组,而这些表项都是数据结构 1 /* 2 * These are used to make use of ...

  9. linux 内核源代码情景分析——linux 内核源码中的汇编语言代码

    1. 用汇编语言编写部分核心代码的原因: ① 操作系统内核中的底层程序直接与硬件打交道,需要用到一些专用的指令,而这些指令在C语言中并无对应的语言成分: ② CPU中的一些特殊指令也没有对应的C语言成 ...

随机推荐

  1. 【CodeBase】通过层级键在多维数组中获取目标值

    通过层级键在多维数组中获取目标值 /* *Author : @YunGaZeon *Date : 2017.08.09 *param data : Data Array *param keys : K ...

  2. 安装 ubuntu 后,使用 sed 更换国内源

    cd /etc/aptsed -i "s/archive.ubuntu.com/mirrors.aliyun.com/g" /etc/apt/sources.list也可以使用 1 ...

  3. DFS:HDU1518-Square(剪枝较多的DFS)

    题目: Square Time Limit: 10000/5000 MS (Java/Others)    Memory Limit: 65536/32768 K (Java/Others) Tota ...

  4. [USACO]玉米实验(单调队列)

    Description 约翰决定培育新的玉米品种以提高奶牛的产奶效率.约翰所有的土地被分成 N ×N 块,其中第 r行第 c 列的玉米质量为 Ar,c.他打算找一块质量比较均匀的土地开始自己的实验.经 ...

  5. Kubespray部署Kubernetes 1.13.0(使用本地镜像仓库)

    1. 下载kubespray # git clone https://github.com/kubernetes-sigs/kubespray.git # cd kubespray # pip ins ...

  6. Kali 远程登陆SSH

    一.配置SSH 编辑/etc/ssh/sshd_config 将#PasswordAuthentication no的注释去掉,将NO修改为YES //可以用密码登陆 将PermitRootLogin ...

  7. RDLC Reporting in Visual Studio 2017

    原文:RDLC Reporting in Visual Studio 2017 Visual Studio 2017 中可以使用 RDLC Reporting 插件来设计报表,SAP Crystal ...

  8. loj2063 「HAOI2016」字符合并

    ref #include <iostream> #include <cstring> #include <cstdio> using namespace std; ...

  9. loj2042 「CQOI2016」不同的最小割

    分治+最小割 看到题解的第一句话是这个就秒懂了,然后乱七八糟的错误.越界.RE-- #include <algorithm> #include <iostream> #incl ...

  10. 6、CSS基础 part-4

    1.CSS 定位属性 CSS 定位属性允许你对元素进行定位. 属性 描述 position 把元素放置到一个静态的.相对的.绝对的.或固定的位置中. top 定义了一个定位元素的上外边距边界与其包含块 ...