PB173 - Ovladače jádra - Linux
IX. mmap
Jiri Slabý
Fakulta informatiky Masarykova univerzita
26. 11. 2015
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
26. 11. 2015
1/11
Paměť jinak I.
LDD3 kap. 15 (zastaralá)
Q Mapování paměti jádra (mmap)
• mmap v uživatelském prostoru
• mmap v jádře
• mmap po stránkách
Příště
• Přímý přístup do paměti (DMA)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU) PB173/04 26.11.2015      2/ 11
Sekce 1
Mapování paměti jádra (mmap)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
26. 11. 2015
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
Systémové volání mmap (uživatelský prostor)
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t off);
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
26. 11. 2015
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 ... PROT.READ | PROT.WRITE
• flags ... MAP.PRIVATE | MAP.ANONYMOUS
• fd ... -1
Q Mapování/dev/zero
• len a prot stejné
• flags ... MAP.PRIVATE
• f d ... deskriptor otevřeného /dev/zero
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
26. 11. 2015
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 (opět) jedna položka V struct file.operations
• int mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
• Parametry jsou předány přes struct vm_area_struct
:uct 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), see VM_READ etc. */
pgproM 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)
PB173/04
26. 11. 2015
6/11
Základní mmap funkce
API
• linux/mm.h, struct vm_area_struct
•__get_f ree_page/pages =4> remap_pf n_range
• vmalloc_user =4> remap_vmalloc_range
Příklad
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, 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)
PB173/04
26. 11. 2015
7/11
Úkol
Přemapování 2 prostorů
O Alokovat 2+2 stránky
• DvoUStránku pomocí vmalloc.user
• 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 (ověřte prot, tj. vma->vm_f lags)
• 0 < vma->vm_pgof f < 2    jedno mapování
• 3 < vma->vm_pgof f < 4    druhé mapování
O Z userspace 2x mmap s off 0 a 2*4096
• Již hotOVO V pbl73/09/pt>173 . c
API (opakování)
• 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
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
26. 11. 2015
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
• 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 fault
• 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
• Pro naše potřeby
o K předání informací Z f ile_operations->mmap do vm_ops->*
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
26. 11. 2015
9/11
mmap po strankach - priklad
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 (!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 Slaby (Fakulta informatiky, MU) PB173/04 26.11.2015      10/ 11
Úkol
Mapování roztroušených stránek (součást domácího) O Předchozí příklad rozšiřte
O Místo alokací dvoustránek alokujte 4 samostatné stránky
• 2x vmalloc_user(PAGE_SIZE) a2x__get_free_page
O Přemapovat stránky v mmap
• Změna remap_pf n_range na vma->vm_ops->f ault
O Userspace program stejný
• Funkčnost navenek musí být zachovaná
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
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/04
26. 11. 2015
11/11