1.開場白

• 環(huán)境：處理器架構(gòu)：arm64內(nèi)核源碼：linux-5.11ubuntu版本：20.04.1代碼閱讀工具：vim ctags cscope

我們知道，linux系統(tǒng)中用戶空間和內(nèi)核空間是隔離的，用戶空間程序不能隨意的訪問內(nèi)核空間數(shù)據(jù)，只能通過中斷或者異常的方式進入內(nèi)核態(tài)，一般情況下，我們使用copy_to_user和copy_from_user等內(nèi)核api來實現(xiàn)用戶空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)拷貝，但是像顯存這樣的設(shè)備如果也采用這樣的方式就顯的效率非常底下，因為用戶經(jīng)常需要在屏幕上進行繪制，要消除這種復(fù)制的操作就需要應(yīng)用程序直接能夠訪問顯存，但是顯存被映射到內(nèi)核空間，應(yīng)用程序是沒有訪問權(quán)限的，如果顯存也能同時映射到用戶空間那就不需要拷貝操作了，于是字符設(shè)備中提供了mmap接口，可以將內(nèi)核空間映射的那塊物理內(nèi)存再次映射到用戶空間，這樣用戶空間就可以直接訪問不需要任何拷貝操作，這就是我們今天要說的0拷貝技術(shù)。

下面是正常情況下用戶空間和內(nèi)核空間數(shù)據(jù)訪問圖示：

2. 體驗一下

首先我們通過一個例子來感受一下：

驅(qū)動代碼：

注：驅(qū)動代碼中使用misc框架來實現(xiàn)字符設(shè)備，misc框架會處理如創(chuàng)建字符設(shè)備，創(chuàng)建設(shè)備等通用的字符設(shè)備處理，我們只需要關(guān)心我們的實際的邏輯即可（內(nèi)核中大量使用misc設(shè)備框架來使用字符設(shè)備操作集如ioctl接口，像實現(xiàn)系統(tǒng)虛擬化kvm模塊，實現(xiàn)安卓進程間通信的binder模塊等）。

0copy_demo.c

#include?

#include?

#include?

#include?

#include?

#define?MISC_DEV_MINOR?5

static?char?*kbuff;


static?ssize_t?misc_dev_read(struct?file?*filep,?char?__user?*buf,?size_t?count,?loff_t?*offset)
{

?int?ret;

?size_t?len?=?(count?>?PAGE_SIZE???PAGE_SIZE?:?count);

?pr_info("######?%s:%d?kbuff:%s?######\n",?__func__,?__LINE__,?kbuff);
?
?ret?=?copy_to_user(buf,?kbuff,?len);??//這里使用copy_to_user??來進程內(nèi)核空間到用戶空間拷貝

?return?len?-?ret;
}

static?ssize_t?misc_dev_write(struct?file?*filep,?const?char?__user?*buf,?size_t?count,?loff_t?*offset)
{
?pr_info("######?%s:%d?######\n",?__func__,?__LINE__);
?return?0;
}

static?int?misc_dev_mmap(struct?file?*filep,?struct?vm_area_struct?*vma)
{
?int?ret;
?unsigned?long?start;

?start?=?vma->vm_start;
?
?ret?=??remap_pfn_range(vma,?start,?virt_to_phys(kbuff)?>>?PAGE_SHIFT,
???PAGE_SIZE,?vma->vm_page_prot);?//使用remap_pfn_range來映射物理頁面到進程的虛擬內(nèi)存中??virt_to_phys(kbuff)?>>?PAGE_SHIFT作用是將內(nèi)核的虛擬地址轉(zhuǎn)化為實際的物理地址頁幀號??創(chuàng)建頁表的權(quán)限為通過mmap傳遞的?vma->vm_page_prot???映射大小為1頁

?return?ret;
}

static?long?misc_dev_ioctl(struct?file?*filep,?unsigned?int?cmd,?unsigned?long?args)
{
?pr_info("######?%s:%d?######\n",?__func__,?__LINE__);
?return?0;
}



static?int?misc_dev_open(struct?inode?*inodep,?struct?file?*filep)
{
?pr_info("######?%s:%d?######\n",?__func__,?__LINE__);
?return?0;
}

static?int?misc_dev_release(struct?inode?*inodep,?struct?file?*filep)
{
?pr_info("######?%s:%d?######\n",?__func__,?__LINE__);
?return?0;
}


static?struct?file_operations?misc_dev_fops?=?{
?.open?=?misc_dev_open,
?.release?=?misc_dev_release,
?.read?=?misc_dev_read,
?.write?=?misc_dev_write,
?.unlocked_ioctl?=?misc_dev_ioctl,
?.mmap?=?misc_dev_mmap,
};

static?struct?miscdevice?misc_dev?=?{
?MISC_DEV_MINOR,
?"misc_dev",
?