mmap：在用户空间中映射用 kmalloc 分配的内核缓冲区

Question

在用户空间进程中映射用 kmalloc 分配的缓冲区的正确方法是什么？也许我还不理解内存映射...我编写了一个分配此缓冲区（例如 120 字节）的内核模块，并且我将在用户空间进程中读取和写入它。显然，我创建了一个 char 设备并在 file_operations 结构中实现了 mmap 方法。我的方法是：

static int my_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
  //printk(KERN_INFO "Allocated virtual memory length = %d", vma->vm_end - vma->vm_start);

  long unsigned int size = vma->vm_end - vma->vm_start;

  if (remap_pfn_range(vma, vma->vm_start,
                      __pa(mem_area) >> PAGE_SHIFT,  //what about vma->vm_pgoff?
                      size,
                      vma->vm_page_prot) < 0)
    return -EAGAIN;

  vma->vm_flags |= VM_LOCKED;
  vma->vm_ops = &vmops;
  vma->vm_flags |= VM_RESERVED;

  my_vm_open(vma);

  return 0;
}

其中mem_area指向在模块初始化时用kmalloc分配的内存区域。该区域填充有相同的值（例如 0x10）。一切正常，但我认为这段代码有问题：

1. kmalloc 可能返回一个未页面对齐的指针，在这种情况下，我认为以下值不正确remap_pfn_range 的第三个参数实际上在用户空间中我读取了错误的值。相反，如果我使用 __get_free_page （因为该函数总是返回一个页面对齐的指针）或者当 kmalloc 返回一个页面对齐的指针时，所有的工作都会起作用。内存映射适用于多个 PAGE_SIZE 的内存区域，因此，我应该分配整个页面而不是使用 kmalloc 吗？

2. 当调用my_mmap时，内核已经分配了一些页面吗？我问这个是因为我发现了一些自定义 mmap 方法的实现，这些方法调用 remap_pfn_range 并使用 vma->vm_pgoff 作为第三个参数......怎么可能这个有用吗？这是第一个新分配的页面的页框吗？如果我像在 my_mmap 中那样将页面框架作为第三个参数传递，我应该释放从 vma->vm_pgoff 中的页面开始的页面吗？

3. 但是我发现了 mmap 方法的实现，该方法映射使用 kmalloc 分配的缓冲区。为了正确映射缓冲区，在 remap_pfn_range 之前执行一个操作（我现在不明白）。假设mem是kmalloc返回的指针，mem_area的初始化方式如下：

   mem_area=(int *)(((unsigned long)mem + PAGE_SIZE - 1) & PAGE_MASK);
   

所以mem_area包含相同的内容仅当 mem 页面对齐时，mem 的值才应包含下一页开头的指针。但是，通过此操作，如果我将值 __pa(mem_area) >> 作为 remap_pfn_range 的第三个参数传递， PAGE_SHIFT 映射效果很好。为什么？

谢谢大家！

Answer 1

1. 是的，您应该分配整数页。

2. 不，内核尚未分配任何页面。 vm->vm_pgoff 是所映射设备内请求的偏移量 - 它是用户空间 mmap() 调用的最后一个参数，从字节转换为页。 偏移量表示用户空间想要映射的物理或线性页面。

3. 这只是在 kmalloc() 分配的缓冲区内分配一个页面对齐的缓冲区。您最好使用 __get_free_pages() 正如您已经猜测的那样，省掉中间人。

您应该测试映射的大小是否不超过您的缓冲区。