PB173 - Ovladače jádra - Linux
IX. mmap
Jiri Slabý
Fakulta informatiky Masarykova univerzita
18. 11. 2014
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
18. 11. 2014
1/11
Paměť jinak I.
LDD3 kap. 15 (zastaralá)
O Mapování paměti jádra (mmap)
• mmap v uživatelském prostoru
• mmap v jádře
• mmap po stránkách
Příště
a Přímý přístup do paměti (DMA)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU) PB173/02 18.11.2014     2/ 11
Sekce 1
Mapování paměti jádra (mmap)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
18. 11. 2014
3/11
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
Prototyp systémového volání mmap	
void *mmap(void *addr,	
size_t len,	
int prot,	
int flags,	
int fd,	
off_t off);	
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
18. 11. 2014
4/11
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 | PROT_WRITE
• flags .. . MAP_PRIVATE | MAP_AN0NYM0US
• fd .. . -1
Q Mapování /dev/zero
• flags .. . MAP_PRIVATE
• f d ... deskriptor otevřeného /dev/zero
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
18. 11. 2014
5/11
Parametry mmap v jádře
• V uživatelském prostoru
• 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
; 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;
Ovladač musí mapovat stránky mezi vm_start a vm_end. Ale POZOR, také ověřit privilegia (čtení, zápis, spuštění).
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
18. 11. 2014
6/11
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
Příklad použití
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->vm_flags & (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); */
}
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
18. 11. 2014
7/11
Úkol
Přemapování 2 prostorů
O Alokovat 2+2 stránky
• Dvoustránku pomocí vmalloc
• Dvoustránku pomocí stránkového alokátoru
O 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/pbl73. c
API (opakovánQ
• linux/mm.h, struct vm_area_struct
• int mmap(striict file *filp, struct vm_area_striict *vma) •__get_free_page* => remap_pfn_range
• vmalloc_user => remap_vmalloc_range
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU) PB173/02 18.11.2014      8/ 11
mmap po stránkách
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);
Přemapování roztroušených stránek
a Přes remap_pf n_range obtížně
• Při výpadcích stránek se mapují takové stránky jednotlivě
• Každý ovladač má „page fault handier"
• Háčky struct vm_operations_struct a V ní f ault
• V mmap/f ault je třeba zkontrolovat rozsahy a velikosti
• Předtím to dělaly remap_*_range funkce
• vma->vm_ops se nastaví V mmap
• Na strukturu s háčky (zejm. fault)
• vma->vm_private_data
o Pro naše potřeby
• K předání informací Z f ile_operations->mmap do vm_ops->*
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
18. 11. 2014
9/11
mmap po stránkách - příklad
int my_fauInstruct 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); (!page) return VM_FAULT_SIGBUS; get_page(page); vmf->page = page; return 0;
}
struct vm_operations_struct my_vm_ops = { . fault = my_fault,
};
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;
}
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
18. 11. 2014
10/11
Úkol
Mapování roztroušených stránek (součást domácího) O Předchozí příklad rozšiřte
O Místo alokací dvoustránek alokujte 4 samostatné stránky
• 2x vmalloc(PAGE_SIZE) a2x __get_free_page
0 Přemapovat stránky v mmap
• Změna remap_pfn_range na vma->vm_ops->f ault
O Userspace program stejný
• Funkčnost navenek musí být zachovaná
Potřebné podkroky
• Definice
int f ault (stmct vm_area_struct *vma, stmct vm_faiilt *vmf) ;
• Kontrola rozsahů V mmap (end-start < 2*PAGE_SIZE apod.)
• Definice vm_ops a přiřazení do vma->vm_ops
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/02
18. 11. 2014
11/11