mmap进行显存映射的原理
显存映射，简而言之就是将内核空间的一段显存区域映射到用户空间。映射成功后，用户对这段显存区域的更改可以直接反映到内核空间，相反，内核空间对这段区域的更改也直接反映用户空间。这么对于内核空间与用户空间二者之间须要大量数据传输等操作的话效率是特别高的。其实，也可以将内核空间的一段显存区域同时映射到多个进程，这样还可以实现进程间的共享显存通讯。
系统调用mmap就是拿来实现前面说的显存映射。最长见的操作就是文件（在Linux下设备也被看做文件）的操作，可以将某文件映射至显存(进程空间)，这么可以把对文件的操作转为对显存的操作，借以防止更多的lseek与read、write操作linux是什么，这点对于大文件或则频繁访问的文件而言尤其受惠。
概述
mmap将一个文件或则其它对象映射进显存。文件被映射到多个页上，假如文件的大小不是所有页的大小之和，最后一个页不被使用的空间将会清零。munmap执行相反的操作，删掉特定地址区域的对象映射。
当使用mmap映射文件到进程后，就可以直接操作这段虚拟地址进行文件的读写等操作，毋须再调用read，write等系统调用。但需注意，直接对该段显存写时不会写入超过当前文件大小的内容。
采用共享显存通讯的一个显而易见的用处是效率高，由于进程可以直接读写显存mmap linux 文件，而不须要任何数据的拷贝。对于像管线和消息队列等通讯方法，则须要在内核和用户空间进行四次的数据拷贝，而共享显存则只拷贝两次数据：一次从输入文件到共享显存区，另一次从共享显存区到输出文件。实际上，进程之间在共享显存时，并不总是读写少量数据后就解除映射，有新的通讯时，再重新构建共享显存区域。而是保持共享区域，直至通讯完毕为止，这样，数据内容仍然保存在共享显存中linux 输入法，并没有写回文件。共享显存中的内容常常是在解除映射时才写回文件的。为此，采用共享显存的通讯方法效率是特别高的。
一般使用mmap的三种情况：提升I/O效率、匿名显存映射、共享显存进程通讯。
用户空间mmap函数void*mmap(void*start,size_tlength,intprot,intflags,intfd,off_toffset)，下边就其参数解释如下：
显存映射的应用
mmap用于共享显存的两种形式fd=open(name,flag,mode);
if(fd<0)
…
ptr=mmap(NULL,len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
示例驱动+应用
首先在驱动程序分配一页大小的显存，之后用户进程通过mmap将用户空间中大小也为一页的显存映射到内核空间这页显存上。映射完成后，驱动程序往这段显存写10个字节数据，用户进程将这种数据显示下来。
#include
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#include
#include
#include
#include
#defineDEVICE_NAME”mymap”
staticunsignedchararray[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
staticunsignedchar*buffer;
staticintmy_open(structinode*inode,structfile*file)
return0;
staticintmy_map(structfile*filp,structvm_area_struct*vma)
unsignedlongpage;
unsignedchari;
unsignedlongstart=(unsignedlong)vma->vm_start;
//unsignedlongend=(unsignedlong)vma->vm_end;
unsignedlongsize=(unsignedlong)(vma->vm_end-vma->vm_start);
//得到化学地址
page=virt_to_phys(buffer);
//将用户空间的一个vma虚拟显存区映射到以page开始的一段连续数学页面上
if(remap_pfn_range(vma,start,page>>PAGE_SHIFT,size,PAGE_SHARED))//第三个参数是页帧号mmap linux 文件，由化学地址右移PAGE_SHIFT得到
return-1;
//往该显存写10字节数据
for(i=0;i<10;i++)
buffer[i]=array[i];
return0;
staticstructfile_operationsdev_fops={
.owner=THIS_MODULE,
.open=my_open,
.mmap=my_map,
};
staticstructmiscdevicemisc={
.minor=MISC_DYNAMIC_MINOR,
.name=DEVICE_NAME,
.fops=&dev_fops,
};
staticint__initdev_init(void)
intret;
//注册混杂设备
ret=misc_register(&misc);
//显存分配
buffer=(unsignedchar*)kmalloc(PAGE_SIZE,GFP_KERNEL);
//将该段显存设置为保留
SetPageReserved(virt_to_page(buffer));
returnret;
staticvoid__exitdev_exit(void)
//注销设备
misc_deregister(&misc);
//消除保留
ClearPageReserved(virt_to_page(buffer));
//释放显存
kfree(buffer);
module_init(dev_init);
module_exit(dev_exit);
MODULE_LICENSE(“GPL”);
MODULE_AUTHOR(“LKN@SCUT”);
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#definePAGE_SIZE4096
intmain(intargc,char*argv[])
intfd;
inti;
unsignedchar*p_map;
//打开设备
fd=open(“/dev/mymap”,O_RDWR);
if(fd<0)
printf(“openfailn”);
exit(1);
//显存映射
p_map=(unsignedchar*)mmap(0,PAGE_SIZE,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
if(p_map==MAP_FAILED)
printf(“mmapfailn”);
gotohere;
//复印映射后的显存中的前10个字节内容
for(i=0;i<10;i++)
printf(“%dn”,p_map[i]);
here:
munmap(p_map,PAGE_SIZE);
return0;
进程间共享显存
UNIX访问文件的传统方式是用open打开它们,倘若有多个进程访问同一个文件,则每一个进程在自己的地址空间都包含有该文件的副本，这毋须要地浪费了储存空间。右图说明了两个进程同时读一个文件的同一页的情形。系统要将该页从c盘读到高速缓冲区中,每位进程再执行一个储存器内的复制操作将数据从高速缓冲区读到自己的地址空间。
如今考虑另一种处理方式共享储存映射:进程A和进程B都将该页映射到自己的地址空间,当进程A第一次访问该页中的数据时,它生成一个缺页中断。内核此时读入这一页到显存并更新页表使之指向它。之后,当进程B访问同一页面而出现缺页中断时,该页早已在显存,内核只须要将进程B的页表登记项指向次页即可。如右图所示:
下边就是进程A和B共享显存的示例。两个程序映射同一个文件到自己的地址空间,进程A先运行,每隔两秒读取映射区域,看是否发生变化。进程B后运行,它更改映射区域,之后退出,此时进程A还能观察到储存映射区的变化。
进程A的代码:
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineBUF_SIZE100
intmain(intargc,char**argv)
intfd,nread,i;
structstatsb;
char*mapped,buf[BUF_SIZE];
for(i=0;i<BUF_SIZE;i++){
buf[i]=’#’;
/*打开文件*/
if((fd=open(argv[1],O_RDWR))<0){
perror(“open”);
/*获取文件的属性*/
if((fstat(fd,&sb))==-1){
perror(“fstat”);
/*将文件映射至进程的地址空间*/
if((mapped=(char*)mmap(NULL,sb.st_size,PROT_READ|
PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0))==(void*)-1){
perror(“mmap”);
/*文件已在显存,关掉文件也可以操纵显存*/
close(fd);
/*每隔两秒查看储存映射区是否被更改*/
while(1){
printf(“%sn”,mapped);
sleep(2);
return0;
进程B的代码:
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineBUF_SIZE100
intmain(intargc,char**argv)
intfd,nread,i;
structstatsb;
char*mapped,buf[BUF_SIZE];
for(i=0;i<BUF_SIZE;i++){
buf[i]=’#’;
/*打开文件*/
if((fd=open(argv[1],O_RDWR))<0){
perror(“open”);
/*获取文件的属性*/
if((fstat(fd,&sb))==-1){
perror(“fstat”);
/*私有文件映射将难以更改文件*/
if((mapped=(char*)mmap(NULL,sb.st_size,PROT_READ|
PROT_WRITE,MAP_PRIVATE,fd,0))==(void*)-1){
perror(“mmap”);
/*映射完后,关掉文件也可以操纵显存*/
close(fd);
/*更改一个字符*/
mapped[20]=’9′;
return0;
匿名映射实现兄妹进程通讯#include
#include
#include
#include
#defineBUF_SIZE100
intmain(intargc,char**argv)
char*p_map;
/*匿名映射,创建一块显存供兄妹进程通讯*/
p_map=(char*)mmap(NULL,BUF_SIZE,PROT_READ|PROT_WRITE,
MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0);
if(fork==0){
sleep(1);
printf(“childgotamessage:%sn”,p_map);
sprintf(p_map,”%s”,”hi,dad,thisisson”);
munmap(p_map,BUF_SIZE);//实际上，进程中止时，会手动解除映射。
exit(0);
sprintf(p_map,”%s”,”hi,thisisfather”);
sleep(2);
printf(“parentgotamessage:%sn”,p_map);
return0;
mmap进行显存映射的原理
mmap系统调用的最终目的是将设备或文件映射到用户进程的虚拟地址空间，实现用户进程对文件的直接读写，这个任务可以分为以下三步:
在用户虚拟地址空间中找寻空闲的满足要求的一段连续的虚拟地址空间,为映射做打算(由内核mmap系统调用完成)
如果vm_area_struct描述的是一个文件映射的虚存空间，成员vm_file便指向被映射的文件的file结构，vm_pgoff是该虚存空间起始地址在vm_file文件上面的文件偏斜，单位为化学页面。mmap系统调用所完成的工作就是打算这样一段虚存空间,并完善vm_area_struct结构体,将其传给具体的设备驱动程序.
构建虚拟地址空间和文件或设备的化学地址之间的映射(设备驱动完成)构建文件映射的第二步就是构建虚拟地址和具体的数学地址之间的映射，这是通过更改进程页表来实现的。mmap方式是file_opeartions结构的成员:int(*mmap)(structfile*,structvm_area_struct*);
linux有2个方式构建页表:
当实际访问新映射的页面时的操作(由缺页中断完成)
end
