linux内核之情景分析mmap操作
进程可以通过mmap把一个已打开文件映射到用户空间.
mmap(void*start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset)
asmlinkage long sys_mmap2(unsigned long addr, unsigned long len,
unsigned long prot, unsigned long flags,
unsigned long fd, unsigned long pgoff)
{
return do_mmap2(addr, len, prot, flags, fd, pgoff);
}
/* common code for old and new mmaps */
static inline long do_mmap2(
unsigned long addr, unsigned long len,
unsigned long prot, unsigned long flags,
unsigned long fd, unsigned long pgoff)
{
int error = -EBADF;
struct file * file = NULL;
flags &= ~(MAP_EXECUTABLE | MAP_DENYWRITE);
if (!(flags & MAP_ANONYMOUS)) {//map_anonymous表示没有文件,只是在指定位置分配内存
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
if (!file)//如果文件不存在,直接返回错误
goto out;
}
down(¤t->mm->mmap_sem);//信号量down操作
error = do_mmap_pgoff(file, addr, len, prot, flags, pgoff);//mmap主体操作还是这个
up(¤t->mm->mmap_sem);//信号量up操作
if (file)
fput(file);
out:
return error;
}
do_mmap_pgoff(file, addr, len, prot, flags, pgoff);
unsigned long do_mmap_pgoff(struct file * file, unsigned long addr, unsigned long len,
unsigned long prot, unsigned long flags, unsigned long pgoff)
{
struct mm_struct * mm = current->mm;//获取当前进程的内存描述符
struct vm_area_struct * vma;
int correct_wcount = 0;
int error;
//file非0表示是文件,其对应一定有相关操作函数.
if (file && (!file->f_op || !file->f_op->mmap))
return -ENODEV;
//长度对齐,如果为0,直接返回
if ((len = PAGE_ALIGN(len)) == 0)
return addr;
//长度大于3g或者addr+len映射区域超过用户空间,返回错误
if (len > TASK_SIZE || addr > TASK_SIZE-len)
return -EINVAL;
// 偏移量是否超过了长度
/* offset overflow? */
if ((pgoff + (len >> PAGE_SHIFT)) < pgoff)
return -EINVAL;
//映射次数是否超过了限定
/* Too many mappings? */
if (mm->map_count > MAX_MAP_COUNT)
return -ENOMEM;
//是否加锁?这里不知道了
/* mlock MCL_FUTURE? */
if (mm->def_flags & VM_LOCKED) {
unsigned long locked = mm->locked_vm << PAGE_SHIFT;
locked += len;
if (locked > current->rlim[RLIMIT_MEMLOCK].rlim_cur)
return -EAGAIN;
}
/* Do simple checking here so the lower-level routines won't have
* to. we assume access permissions have been handled by the open
* of the memory object, so we don't do any here.
*/
if (file != NULL) { //如果文件存在
switch (flags & MAP_TYPE) {//映射类型:读写
case MAP_SHARED://共享映射
if ((prot & PROT_WRITE) && !(file->f_mode & FMODE_WRITE))
return -EACCES;
//确保我们不被允许写在一个只可追加的文件
/* Make sure we don't allow writing to an append-only file.. */
if (IS_APPEND(file->f_dentry->d_inode) && (file->f_mode & FMODE_WRITE))
return -EACCES;
//确保我们的文件没有锁
/* make sure there are no mandatory locks on the file. */
if (locks_verify_locked(file->f_dentry->d_inode))
return -EAGAIN;
/* fall through */
case MAP_PRIVATE://私有映射
if (!(file->f_mode & FMODE_READ))
return -EACCES;
break;
default:
return -EINVAL;
}
}
/* Obtain the address to map to. we verify (or select) it and ensure
* that it represents a valid section of the address space.
*/
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
if (addr & ~PAGE_MASK)
return -EINVAL;
} else {//不满足由内核从空洞执行分配一个区域
addr = get_unmapped_area(addr, len);
if (!addr)
return -ENOMEM;
}
/* Determine the object being mapped and call the appropriate
* specific mapper. the address has already been validated, but
* not unmapped, but the maps are removed from the list.
*/
vma = kmem_cache_alloc(vm_area_cachep, SLAB_KERNEL);//从slab获取一个vma结构
if (!vma)
return -ENOMEM;
vma->vm_mm = mm;//指向内存描述符
vma->vm_start = addr;//vma的起始地址指向映射的起始地址
vma->vm_end = addr + len;//同上
vma->vm_flags = vm_flags(prot,flags) | mm->def_flags;//设置vma属性
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
VM_ClearReadHint(vma);//以下代码设置一堆属性
vma->vm_raend = 0;
if (file->f_mode & FMODE_READ)
vma->vm_flags |= VM_MAYREAD | VM_MAYWRITE | VM_MAYEXEC;
if (flags & MAP_SHARED) {
vma->vm_flags |= VM_SHARED | VM_MAYSHARE;
/* This looks strange, but when we don't have the file open
* for writing, we can demote the shared mapping to a simpler
* private mapping. That also takes care of a security hole
* with ptrace() writing to a shared mapping without write
* permissions.
*
* We leave the VM_MAYSHARE bit on, just to get correct output
* from /proc/xxx/maps..
*/
if (!(file->f_mode & FMODE_WRITE))
vma->vm_flags &= ~(VM_MAYWRITE | VM_SHARED);
}
} else {
vma->vm_flags |= VM_MAYREAD | VM_MAYWRITE | VM_MAYEXEC;
if (flags & MAP_SHARED)
vma->vm_flags |= VM_SHARED | VM_MAYSHARE;
}
vma->vm_page_prot = protection_map[vma->vm_flags & 0x0f];
vma->vm_ops = NULL;
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
vma->vm_file = NULL;
vma->vm_private_data = NULL;
/* Clear old maps */
error = -ENOMEM;
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)
goto free_vma;//已经使用则释放free_vma
//检查是否超过了限制
/* Check against address space limit. */
if ((mm->total_vm << PAGE_SHIFT) + len
> current->rlim[RLIMIT_AS].rlim_cur)
goto free_vma;
//检查当前进程专用的可写区间而物理页面不足的情况
/* Private writable mapping? Check memory availability.. */
if ((vma->vm_flags & (VM_SHARED | VM_WRITE)) == VM_WRITE &&
!(flags & MAP_NORESERVE) &&
!vm_enough_memory(len >> PAGE_SHIFT))
goto free_vma;
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
if (vma->vm_flags & VM_DENYWRITE) {
error = deny_write_access(file);
if (error)
goto free_vma;
correct_wcount = 1;
}
vma->vm_file = file;
get_file(file);//递增file结构的共享计数
error = file->f_op->mmap(file, vma);//一个文件操作必须存在mmap,否则释放vma
if (error)
goto unmap_and_free_vma;
} else if (flags & MAP_SHARED) {//共享映射
error = shmem_zero_setup(vma);
if (error)
goto free_vma;
}
/* Can addr have changed??
*为了防止flags与addr有变化,再重新设置一遍,
* Answer: Yes, several device drivers can do it in their
* f_op->mmap method. -DaveM
*/
flags = vma->vm_flags;
addr = vma->vm_start;
insert_vm_struct(mm, vma);//插入当前进程的内存描述符
if (correct_wcount)
atomic_inc(&file->f_dentry->d_inode->i_writecount);
mm->total_vm += len >> PAGE_SHIFT;//映射区域+len>>page_shit
if (flags & VM_LOCKED) {//需要加锁
mm->locked_vm += len >> PAGE_SHIFT;
make_pages_present(addr, addr + len);//建立初始映射
}
return addr;
unmap_and_free_vma:
if (correct_wcount)
atomic_inc(&file->f_dentry->d_inode->i_writecount);
vma->vm_file = NULL;
fput(file);
/* Undo any partial mapping done by a device driver. */
flush_cache_range(mm, vma->vm_start, vma->vm_end);
zap_page_range(mm, vma->vm_start, vma->vm_end - vma->vm_start);
flush_tlb_range(mm, vma->vm_start, vma->vm_end);
free_vma:
kmem_cache_free(vm_area_cachep, vma);
return error;
}
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