PB173 - Ovladače jádra - Linux
IX. mmap
Jiri Slabý
ITI, Fakulta informatiky
19. 11. 2013
J. Slabý (ITI, Fl)
PB173/02
19. 11. 2013      1 /10
Paměť jinak I.
LDD3 kap. 15 (zastaralá)
• I. (dnes): Mapování paměti jádra (mmap) a II. (příště): Přímý přístup do paměti (DMA)
J. Slabý (ITI, Fl) PB173/02 19.11.2013      2/ 10
Mapování paměti jádra
Předání dat do/z procesu
a Známe: read, write, ioctl, . ..
• U všeho nutné kopírování dat
9 copy_{f rom,to}_user apod.
Mapování paměti
• Namapování stránek do procesu
• Proces používá kus stejné paměti jako jádro
• Syscall: mmap
• void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t off)
J. Slabý (ITI, Fl)
PB173/02
19. 11. 2013      3/ 10
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 . . . PR0T_READ a PROT_WRITE
0 flags . . . MAP_PRIVATE a HAP_AN0NYH0US
• fd . . . -1
O Mapování /dev/zero
• flags . . . MAP_PRIVATE
• f d ... deskriptor otevřeného /dev/zero
J. Slabý (ITI, Fl)
PB173/02
19. 11. 2013      4/ 10
Parametry mmap v jádře
• V uživatelském prostoru volání mmap
• void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t off)
• V jádře jedna položka V struct f ile_operations
• int mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
• Parametry JSOU 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 = off/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). POZOR
J. Slabý (ITI, Fl)
PB173/02
19. 11. 2013      5/ 10
Základní mmap funkce
API
• linux/mm.h, struct vm_area_struct
•__get_free_page/pages =4> remap_pfn_range
• vmalloc_user =4> remap_vmalloc_range
int myjnit(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->vmJlags & (VM.WRITE | VM.READ)) != VM.READ) return -EINVAL;
return remap-pfn.range(vma, vma->vm.start, page-tO-pfn(virt.tO-page(mem)), 4 *
PAGE.SIZE, vma->vm.page.prot); /* return remap.vmalloc.range(vma, mem, 0); */
}
J. Slaby (ITI, Fl)
PB173/02
19. 11. 2013      6/ 10
Úkol
Přemapování prostorů
O Alokovat 2+2 stránky
• Dvoustránku pomocí vmalloc
• Dvoustránku pomocí stránkového alokátoru
Q Zapsat na všechny 4 stránky libovolný ale různý řetězec O Vystavit (mapovat) stránky v mmap
• První dvojice RO, druhá R/W (ověření prot)
• 0 < pgof f <2=> jedno mapování
• 2 < pgof f <A=> druhé mapování
O Z userspace 2x mmap s off o a 2*4096
• Již hotOVO V pbl73/09
API (zopakováno)
• linux/mm.h, struct vm_area_struct
• int mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma) •__get_free_page* => remap_pfn_range
• vmalloc_user => remap_vmalloc_range
J. Slabý (ITI, Fl) PB173/02 19.11.2013      7/ 10
mmap po stránkách
Přemapování roztroušených stránek
a Přes remap_pf n_range obtížně
• Při výpadcích stránek se mapují takové stránky jednotlivě
• Každý ovladač má „page fault handier" o Stará jádra: nopage
• Nová jádra: fault
• V mmap/nopage/f ault je třeba zkontrolovat rozsahy a velikosti
• Předtím 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 f ile_operations->mmap do vm_ops->*
J. Slabý (ITI, Fl)
PB173/02
19. 11. 2013      8/ 10
mmap po strankach
struct vm.operations-Struct { void (*open)(struct vm.area.struct *vma); void (*close)(struct vm-area-Struct *vma); int (* fault) (struct vm.area.struct *vma, struct vm.fault *vmf);
}
int my.fau It (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); (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, Fl) PB173/02 19.11.2013     9/ 10
Úkol
Mapování roztroušených stránek (součást domácího) O Předchozí příklad rozšiřte
Q Místo alokací dvoustránek alokujte 4 samostatné stránky
• 2x vmalloc a 2x __get_free_pages
O Přemapovat stránky v mmap
■ Změna remap_pfn_range na vma->vm_ops->f ault
O Userspace program stejný (funkčnost navenek stejná)
Potřebné podkroky
• Definice
int fault(struct vm_area_struct *vma, struct vm_fault *vmf);
• Kontrola rozsahů V mmap (end-start < 2*PAGE_SIZE apod.)
• Definice vm_ops a přiřazení do vma->vm_ops
J. Slabý (ITI, Fl)
PB173/02
19. 11. 2013 10/10