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内核和用户空间共享内存的实现例程-proc和mmap [复制链接]

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发表于 2008-11-12 17:37 |显示全部楼层
之所以想写这篇帖子,是有两个方面原因。其一是内核版有一个关于《内核可以从线性地址直接计算物理地址,用来做什么呢?》的讨论,偶说计算出物理地址可以共享给用户空间读写。dreamice兄说能否说一下详细的应用。其二是alb*版主提到wheelz曾经写过这样一个例程,拜读了一把,发现在传递物理地址和内存大小上,wheelz的例程还有些不够灵活。alb*版主提到可以通过文件的方式实现动态的传递。

因此,偶也写了这样一个例程,可以动态的将内核空间的物理地址和大小传给用户空间。

整个内核模块,在模块插入时建立proc文件,分配内存。卸载模块的时候将用户空间写入的内容打印出来。
以下是内核模块的代码和用户空间的测试代码。

/*This program is used to allocate memory in kernel
and pass the physical address to userspace through proc file.*/

#include <linux/version.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/mm.h>

#define PROC_MEMSHARE_DIR                                "memshare"
#define PROC_MEMSHARE_PHYADDR                        "phymem_addr"
#define PROC_MEMSHARE_SIZE                                "phymem_size"

/*alloc one page. 4096 bytes*/
#define PAGE_ORDER                                0
/*this value can get from PAGE_ORDER*/
#define PAGES_NUMBER                                1

struct proc_dir_entry *proc_memshare_dir ;
unsigned long kernel_memaddr = 0;
unsigned long kernel_memsize= 0;

static int proc_read_phymem_addr(char *page, char **start, off_t off, int count)
{
        return sprintf(page, "%08lx\n", __pa(kernel_memaddr));
}
static int proc_read_phymem_size(char *page, char **start, off_t off, int count)
{
        return sprintf(page, "%lu\n", kernel_memsize);
}

static int __init init(void)
{
        /*build proc dir "memshare"and two proc files: phymem_addr, phymem_size in the dir*/
        proc_memshare_dir = proc_mkdir(PROC_MEMSHARE_DIR, NULL);
        create_proc_info_entry(PROC_MEMSHARE_PHYADDR, 0, proc_memshare_dir, proc_read_phymem_addr);
        create_proc_info_entry(PROC_MEMSHARE_SIZE, 0, proc_memshare_dir, proc_read_phymem_size);

        /*alloc one page*/
        kernel_memaddr =__get_free_pages(GFP_KERNEL, PAGE_ORDER);
        if(!kernel_memaddr)
        {
                printk("Allocate memory failure!\n");
        }
        else
        {
                SetPageReserved(virt_to_page(kernel_memaddr));
                kernel_memsize = PAGES_NUMBER * PAGE_SIZE;
                printk("Allocate memory success!. The phy mem addr=%08lx, size=%lu\n", __pa(kernel_memaddr), kernel_memsize);
        }
        return 0;
}

static void __exit fini(void)
{
        printk("The content written by user is: %s\n", (unsigned char *) kernel_memaddr);
        ClearPageReserved(virt_to_page(kernel_memaddr));
        free_pages(kernel_memaddr, PAGE_ORDER);
        remove_proc_entry(PROC_MEMSHARE_PHYADDR, proc_memshare_dir);
        remove_proc_entry(PROC_MEMSHARE_SIZE, proc_memshare_dir);
        remove_proc_entry(PROC_MEMSHARE_DIR, NULL);

        return;
}
module_init(init);
module_exit(fini);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Godbach (nylzhaowei@163.com)");
MODULE_DESCRIPTION("Kernel memory share module.");

用户空间的测试代码:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
        if(argc != 2)
        {
                printf("Usage: %s string\n", argv[0]);
                return 0;
        }
        
        unsigned long phymem_addr, phymem_size;
        char *map_addr;
        char s[256];
        int fd;
        
        /*get the physical address of allocated memory in kernel*/
        fd = open("/proc/memshare/phymem_addr", O_RDONLY);
        if(fd < 0)
        {
                printf("cannot open file /proc/memshare/phymem_addr\n");
                return 0;
        }
        read(fd, s, sizeof(s));
        sscanf(s, "%lx", &phymem_addr);
        close(fd);

        /*get the size of allocated memory in kernel*/
        fd = open("/proc/memshare/phymem_size", O_RDONLY);
        if(fd < 0)
        {
                printf("cannot open file /proc/memshare/phymem_size\n");
                return 0;
        }
        read(fd, s, sizeof(s));
        sscanf(s, "%lu", &phymem_size);
        close(fd);
        
        printf("phymem_addr=%lx, phymem_size=%lu\n", phymem_addr, phymem_size);
        /*memory map*/
        int map_fd = open("/dev/mem", O_RDWR);
        if(map_fd < 0)
        {
                printf("cannot open file /dev/mem\n");
                return 0;
        }
        
        map_addr = mmap(0, phymem_size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, map_fd, phymem_addr);
        strcpy(map_addr, argv[1]);
        munmap(map_addr, phymem_size);
        close(map_fd);
        return 0;
        
}


测试的内核是2.6.25.以下是执行结果。
debian:/home/km/memshare# insmod memshare_kernel.ko
debian:/home/km/memshare# ./memshare_user 'hello,world!'
phymem_addr=e64e000, phymem_size=4096
debian:/home/km/memshare# cat /proc/memshare/phymem_addr
0e64e000
debian:/home/km/memshare# cat /proc/memshare/phymem_size
4096
debian:/home/km/memshare# rmmod memshare_kernel
debian:/home/km/memshare# tail /var/log/messages
Sep 27 18:14:24 debian kernel: [50527.567931] Allocate memory success!. The phy mem addr=0e64e000, size=4096
Sep 27 18:15:31 debian kernel: [50592.570986] The content written by user is: hello,world!


仓促之间,有些地方处理的还是比较简单。希望高手多多指正。需要了解这方面实现的可以参考一下,共同学习。

[ 本帖最后由 Godbach 于 2008-11-12 17:45 编辑 ]

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发表于 2008-11-12 17:37 |显示全部楼层
呵呵,转过来一篇偶以前的帖子。共同交流。
支持一下dreamice兄上任。

[ 本帖最后由 Godbach 于 2008-11-12 17:42 编辑 ]

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发表于 2008-11-12 17:53 |显示全部楼层
好东西,对大家有借鉴意义的,应该加精,呵呵

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发表于 2008-11-12 17:56 |显示全部楼层
原帖由 dreamice 于 2008-11-12 17:53 发表
好东西,对大家有借鉴意义的,应该加精,呵呵


惭愧,其实这个实现参考了一些高手给的例程。

共同学习。
BTW, dreamice兄是不是最近都在看ldd3,不是白天工作都很忙吗,都是晚上自己看书学啊?

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发表于 2008-11-12 18:05 |显示全部楼层
原帖由 Godbach 于 2008-11-12 17:56 发表


惭愧,其实这个实现参考了一些高手给的例程。

共同学习。
BTW, dreamice兄是不是最近都在看ldd3,不是白天工作都很忙吗,都是晚上自己看书学啊?


ldd3,情景分析,ulk我结合着在看。不过情景分析和ulk差异还是蛮大的,2.4与2.6真的变化太大了。

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发表于 2008-11-12 18:47 |显示全部楼层
原帖由 dreamice 于 2008-11-12 18:05 发表


ldd3,情景分析,ulk我结合着在看。不过情景分析和ulk差异还是蛮大的,2.4与2.6真的变化太大了。


是啊,看来看情景分析的时侯不去深究代码的细节,而只去学习一下人家总结的一些系统的东西就可以了。

2.6和2.4的代码变化确实比较大。

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发表于 2008-11-12 20:01 |显示全部楼层
原帖由 Godbach 于 2008-11-12 18:47 发表


是啊,看来看情景分析的时侯不去深究代码的细节,而只去学习一下人家总结的一些系统的东西就可以了。

2.6和2.4的代码变化确实比较大。


要理代码还是看情景分析好,我觉得

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发表于 2008-11-12 20:03 |显示全部楼层
原帖由 dreamice 于 2008-11-12 20:01 发表


要理代码还是看情景分析好,我觉得

好建议。我这一段正在看Linux内核网络实现以及ldd3,完了之后在系统的看一下ULK或者情景分析

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原帖由 Godbach 于 2008-11-12 20:03 发表

好建议。我这一段正在看Linux内核网络实现以及ldd3,完了之后在系统的看一下ULK或者情景分析



砖头一样的书,看起来真是磨练耐心啊。

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呵呵,我有时看着看着就跑神了。。。
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