PB173 - Ovladače jádra - Linux
IX.
Jiri Slabý
ITI, Fakulta Informatiky 29. 11. 2012
J. Slabý (ITI)
PB173/06
29. 11. 2012       1 / 12
Paměť jinak I.
LDD3 kap. 15 (zastaralá)
• I. (dnes): Mapování paměti jádra (mmap) a II. (příště): Přímý přístup do paměti (DMA)
J. Slabý (ITI) PB173/06 29.11.2012      2/ 12
Mapování paměti jádra
Předání dat do/z procesu
• Známe: read, write, ioctl, .. .
• U všeho nutné kopírování dat
• copy_{f rom, to}_user apod.
Mapování paměti
• Namapování stránek do procesu
• Proces používá kus stejné paměti jako jádro
• Syscall: mmap
29. 11. 2012      3/ 12
mmap
• V userspace volání mmap
• void *mmap(void *addr,   size.t len,   int prot,   int flags, int fd,   off.t off)
• V jádře jeden Člen V struct f ile_operations
• int mmap(struct file *filp,   struct vm_area_struct *vma)
• Parametry JSOU V struct vm_area_struct
J. Slaby (ITI)
PB173/06
29. 11. 2012      4/ 12
Úkol
Alokace pomocí mmap (uživatelský prostor) O Anonymní paměť
• void *mmap(void *addr,   size.t len,   int prot,   int flags, int fd,   off-t off)
• len .. . 20M
• prot . . . PROT_READ a PROT_WRITE
• flags . . . MAP .PRIVÁTE a MAP_ANONYMOUS
• fd . . . -1
O Mapování /dev/zero
• flags . . . MAP .PRIVÁTE
• f d ... deskriptor otevřeného /dev/zero
J. Slabý (ITI)
PB173/06
29. 11. 2012      5/ 12
Parametry mmap
Prototyp (znovu):
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off.t off)
• JSOU V jádře uloženy V struct vm_area_struct
struct vm.area.struct {
unsigned long vm.start; /* addr or random when addr is NULL */
unsigned long vm.end; /* vm.end = vm.start + len */
unsigned long vm.pgoff; /* vm.pgoff = of f/PAGE.SIZE */
unsigned long vm.flags ; /* vm.flags = encoded(flags | prot) */
pgprot.t vm.page.prot; /* only for remap.* functions */
const struct vm.operations.struct *vm_ops; /*  later  ... */ void *vm_private.data ;
}
Je třeba namapovat stránky mezi vm_start a vm_end. Ale také ověřit privilegia (čtení, zápis, spuštění).
J. Slabý (ITI)
PB173/06
29. 11. 2012      6/ 12
Základní mmap funkce
API
• linux/mm.h, struct vm_area_struct
• __get_f ree_page/pages =4> remap_pfn.range
• vmalloc_user =4> remap.vmalloc.range
int my.init (void)
{
mem = ..get.free.pages (GFP.KERNEL, 2); /* mem = vmalloc.user(PAGE.SIZE) ; */
}
int my_mmap( struct file *filp , struct vm.area.struct *vma)
{
if  ((vma->vm.flags & (VM.WRITE | VM.READ))  != VM.READ) return -EINVAL;
return remap.pfn.range (vma, vma->vm.start ,  virt.to.phys (mem) »
PAGE.SHIFT, 4 * PAGE.SIZE, vma->vm_page.prot) ; /* return remap.vmalloc.range (vma, mem, 0); */
}
J. Slaby (ITI)
PB173/06
29. 11. 2012      7/ 12
Úkol
Přemapování prostorů
O Alokovat 2stránku (vmalloc) a 2stránku (page alokátory) O Zapsat na všechny 4 stránky libovolný ale různý řetězec 0 Přemapovat stránky v mmap
• První dvojice RO, druhá R/W
• 0 < pgof f <2=> jedno mapování
• 2 < pgof f <A=> druhé mapování
0 Z userspace 2 x mmap s off 0 a 2*4096
• Již hotovo v pb173/09
API znovu
• linux/mm.h, struct vm_area_struct
• int mmap(struct file *filp,   struct vm_area_struct *vma)
• __get_f ree_page* =4> remap_pfn.range
• vmalloc_user =4> remap_vmalloc_range
J. Slabý (ITI) PB173/06 29.11.2012      8/ 12
mmap po stránkách
Přemapování roztroušených stránek
• Přes remap_pf n_range obtížně
• Při výpadcích stránek se mapují tyto stránky jednotlivě
• Každý ovladač má „page fault handier"
• Stará jádra: nopage
• Nová jádra: fault
• V mmap/nopage/f ault je třeba zkontrolovat rozsahy a velikosti
• Před tím to dělaly remap_*_range funkce
• vma->vm_ops
• Struktura ukazující na háčky (včetně nopage/f ault)
• vma->vm_private_data
• Pro naše potřeby
• K předání informací z mmap do vm_ops
J. Slabý (ITI)
PB173/06
29. 11. 2012      9/ 12
mmap po stránkách (ponovu)
Nové API
struct vm.operations.struct {
void (*open) (struct vm.area-Struct *vma) ; void (* close )( struct vm.area.struct *vma) ;
int (* fau It)(struct vm.area.struct *vma, struct vm.fault *vmf) ;
}
int my.fault (struct vm.area.struct *vma, struct vm.fault *vmf) { /* my.data == vma->vm_private.data ; */
unsigned long offset = vmf->pgoff « PAGE.SHIFT;
struct page *page;
page = my.find.page ( offset) ;
if (Ipage)
return VM.FAULT.SIGBUS;
get.page(page) ;
vmf->page = page;
return 0;
}
int my_mmap( struct file *filp , struct vm.area.struct *vma) { /* don't forget to check ranges */
vma->vm_ops = &my_vm_ops;
vma->vm.private-data = my.data;
return 0;
}
J. Slaby (ITI)
PB173/06
29. 11. 2012       10/ 12
mmap po stránkách (postaru)
Stare API
struct vm.operations.struct {
struct page (*nopage) (struct vm.area.struct *vma, unsigned long
address , int *type)
}
struct page *my.nopage( struct vm.area.struct *vma, unsigned long
address,  int *type) { /* my.data = vma->vm_private.data ; */
unsigned long offset = vma->pgoff « PAGE.SHIFT; struct page *page;
offset += address - vma->vm_start; page = my.find.page ( offset) ; if (!page)
return NOPAGE.SIGBUS; get.page(page) ;
if (type) *type = VM_FAULT_MINOR;
return page;
}
J. Slaby (ITI)
PB173/06
29. 11. 2012       11 / 12
Úkol
Mapování roztroušených stránek (domácí) O Předchozí příklad rozšiřte
O Místo alokací 2stránek alokovat 4 samostatné stránky O Přemapovat stránky v mmap
• Změna remap_pf n.range na vma->vm_ops->nopage
O Userspace program stejný (funkčnost navenek stejná)
Potřebné podkroky
• Definice int fault(struct vm_area_struct *vma, struct vrrufault *vmf);
• Popr. Staré struct page *nopage (struct vm_area_struct *vma,  unsigned long address,   int *type)
• Kontrola rozsahů v mmap (end-start < 2*page_size apod.) a Definice vm_ops a přiřazení do vma->vm_ops
J. Slabý (ITI)
PB173/06
29. 11. 2012       12/ 12