转自 http://www.sudu.cn/info/html/edu/20070102/292241.html
内存映射
对于提供了MMU（存储管理器，辅助操作系统进行内存管理，提供虚实地址转换等硬件支持）的处理器而言，Linux提供了复杂的存储管理系统，使得进程所能访问的内存达到4GB。
进程的4GB内存空间被人为的分为两个部分--用户空间与内核空间。用户空间地址分布从0到3GB(PAGE_OFFSET，在0x86中它等于0xC0000000)，3GB到4GB为内核空间，如下图：
内核空间中，从3G到vmalloc_start这段地址是物理内存映射区域（该区域中包含了内核镜像、物理页框表mem_map等等），比如我们使用的VMware虚拟系统内存是160M，那么3G～3G+160M这片内存就应该映射物理内存。在物理内存映射区之后，就是vmalloc区域。对于 160M的系统而言，vmalloc_start位置应在3G+160M附近（在物理内存映射区与vmalloc_start期间还存在一个8M的gap 来防止跃界），vmalloc_end的位置接近4G(最后位置系统会保留一片128k大小的区域用于专用页面映射)，如下图：
kmalloc和get_free_page申请的内存位于物理内存映射区域，而且在物理上也是连续的，它们与真实的物理地址只有一个固定的偏移，因此存在较简单的转换关系，virt_to_phys()可以实现内核虚拟地址转化为物理地址：
#define __pa(x) ((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET)
extern inline unsigned long virt_to_phys(volatile void * address)
{
return __pa(address);
}
上面转换过程是将虚拟地址减去3G（PAGE_OFFSET=0XC000000）。
与之对应的函数为phys_to_virt()，将内核物理地址转化为虚拟地址：
#define __va(x) ((void *)((unsigned long)(x)+PAGE_OFFSET))
extern inline void * phys_to_virt(unsigned long address)
{
return __va(address);
}
virt_to_phys()和phys_to_virt()都定义在include＼asm-i386＼io.h中。
而vmalloc申请的内存则位于vmalloc_start～vmalloc_end之间，与物理地址没有简单的转换关系，虽然在逻辑上它们也是连续的，但是在物理上它们不要求连续。
我们用下面的程序来演示kmalloc、get_free_page和vmalloc的区别：
#include
#include
#include
MODULE_LICENSE("GPL");
unsigned char *pagemem;
unsigned char *kmallocmem;
unsigned char *vmallocmem;
int __init mem_module_init(void)
{
//最好每次内存申请都检查申请是否成功
//下面这段仅仅作为演示的代码没有检查
pagemem = (unsigned char*)get_free_page(0);
printk("pagemem addr=%x", pagemem);
kmallocmem = (unsigned char*)kmalloc(100, 0);
printk("kmallocmem addr=%x", kmallocmem);
vmallocmem = (unsigned char*)vmalloc(1000000);
printk("vmallocmem addr=%x", vmallocmem);
return 0;
}
void __exit mem_module_exit(void)
{
free_page(pagemem);
kfree(kmallocmem);
vfree(vmallocmem);
}
module_init(mem_module_init);
module_exit(mem_module_exit);
我们的系统上有160MB的内存空间，运行一次上述程序，发现pagemem的地址在0xc7ArrayArray7000（约3G+121M）、kmallocmem 地址在0xcArraybc1380（约3G+155M）、vmallocmem的地址在0xcabeb000（约3G+171M）处，符合前文所述的内存布局。
接下来，我们讨论Linux设备驱动究竟怎样访问外设的I/O端口（寄存器）。
几乎每一种外设都是通过读写设备上的寄存器来进行的，通常包括控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类，外设的寄存器通常被连续地编址。根据CPU体系结构的不同，CPU对IO端口的编址方式有两种：
（1）I/O映射方式（I/O-mapped）
典型地，如X86处理器为外设专门实现了一个单独的地址空间，称为"I/O地址空间"或者"I/O端口空间"，CPU通过专门的I/O指令（如X86的IN和OUT指令）来访问这一空间中的地址单元。
（2）内存映射方式（Memory-mapped）
RISC指令系统的CPU（如ARM、PowerPC等）通常只实现一个物理地址空间，外设I/O端口成为内存的一部分。此时，CPU可以象访问一个内存单元那样访问外设I/O端口，而不需要设立专门的外设I/O指令。
但是，这两者在硬件实现上的差异对于软件来说是完全透明的，驱动程序开发人员可以将内存映射方式的I/O端口和外设内存统一看作是"I/O内存"资源。
一般来说，在系统运行时，外设的I/O内存资源的物理地址是已知的，由硬件的设计决定。但是CPU通常并没有为这些已知的外设I/O内存资源的物理地址预定义虚拟地址范围，驱动程序并不能直接通过物理地址访问I/O内存资源，而必须将它们映射到核心虚地址空间内（通过页表），然后才能根据映射所得到的核心虚地址范围，通过访内指令访问这些I/O内存资源。Linux在io.h头文件中声明了函数ioremap（），用来将I/O内存资源的物理地址映射到核心虚地址空间（3GB－4GB）中，原型如下：
void * ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size, unsigned long flags);
iounmap函数用于取消ioremap（）所做的映射，原型如下：
void iounmap(void * addr);
这两个函数都是实现在mm/ioremap.c文件中。
在将I/O内存资源的物理地址映射成核心虚地址后，理论上讲我们就可以象读写RAM那样直接读写I/O内存资源了。为了保证驱动程序的跨平台的可移植性，我们应该使用Linux中特定的函数来访问I/O内存资源，而不应该通过指向核心虚地址的指针来访问。如在x86平台上，读写I/O的函数如下所示：
#define readb(addr) (*(volatile unsigned char *) __io_virt(addr))
#define readw(addr) (*(volatile unsigned short *) __io_virt(addr))
#define readl(addr) (*(volatile unsigned int *) __io_virt(addr))
#define writeb(b,addr) (*(volatile unsigned char *) __io_virt(addr) = (b))
#define writew(b,addr) (*(volatile unsigned short *) __io_virt(addr) = (b))
#define writel(b,addr) (*(volatile unsigned int *) __io_virt(addr) = (b))
#define memset_io(a,b,c) memset(__io_virt(a),(b),(c))
#define memcpy_fromio(a,b,c) memcpy((a),__io_virt(b),(c))
#define memcpy_toio(a,b,c) memcpy(__io_virt(a),(b),(c))
最后，我们要特别强调驱动程序中mmap函数的实现方法。用mmap映射一个设备，意味着使用户空间的一段地址关联到设备内存上，这使得只要程序在分配的地址范围内进行读取或者写入，实际上就是对设备的访问。
笔者在Linux源代码中进行包含"ioremap"文本的搜索，发现真正出现的ioremap的地方相当少。所以笔者追根索源地寻找I/O操作的物理地址转换到虚拟地址的真实所在，发现Linux有替代ioremap的语句，但是这个转换过程却是不可或缺的。
譬如我们再次摘取S3C2410这个ARM芯片RTC（实时钟）驱动中的一小段：
static void get_rtc_time(int alm, struct rtc_time *rtc_tm)
{
spin_lock_irq(&rtc_lock);
if (alm == 1) {
rtc_tm->tm_year = (unsigned char)ALMYEAR & Msk_RTCYEAR;
rtc_tm->tm_mon = (unsigned char)ALMMON & Msk_RTCMON;
rtc_tm->tm_mday = (unsigned char)ALMDAY & Msk_RTCDAY;
rtc_tm->tm_hour = (unsigned char)ALMHOUR & Msk_RTCHOUR;
rtc_tm->tm_min = (unsigned char)ALMMIN & Msk_RTCMIN;
rtc_tm->tm_sec = (unsigned char)ALMSEC & Msk_RTCSEC;
}
else {
read_rtc_bcd_time:
rtc_tm->tm_year = (unsigned char)BCDYEAR & Msk_RTCYEAR;
rtc_tm->tm_mon = (unsigned char)BCDMON & Msk_RTCMON;
rtc_tm->tm_mday = (unsigned char)BCDDAY & Msk_RTCDAY;
rtc_tm->tm_hour = (unsigned char)BCDHOUR & Msk_RTCHOUR;
rtc_tm->tm_min = (unsigned char)BCDMIN & Msk_RTCMIN;
rtc_tm->tm_sec = (unsigned char)BCDSEC & Msk_RTCSEC;
if (rtc_tm->tm_sec == 0) {
/* Re-read all BCD registers in case of BCDSEC is 0.
See RTC section at the manual for more info. */
goto read_rtc_bcd_time;
}
}
spin_unlock_irq(&rtc_lock);
BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_year);
BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_mon);
BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_mday);
BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_hour);
BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_min);
BCD_TO_BIN(rtc_tm->tm_sec);
/* The epoch of tm_year is 1Array00 */
rtc_tm->tm_year += RTC_LEAP_YEAR - 1Array00;
/* tm_mon starts at 0, but rtc month starts at 1 */
rtc_tm->tm_mon--;
}
I/O操作似乎就是对ALMYEAR、ALMMON、ALMDAY定义的寄存器进行操作，那这些宏究竟定义为什么呢？
#define ALMDAY bRTC(0x60)
#define ALMMON bRTC(0x64)
#define ALMYEAR bRTC(0x68)
其中借助了宏bRTC，这个宏定义为：
#define bRTC(Nb) __REG(0x57000000 + (Nb))
其中又借助了宏__REG，而__REG又定义为：
# define __REG(x) io_p2v(x)
最后的io_p2v才是真正"玩"虚拟地址和物理地址转换的地方：
#define io_p2v(x) ((x) | 0xa0000000)
与__REG对应的有个__PREG：
# define __PREG(x) io_v2p(x)
与io_p2v对应的有个io_v2p：
#define io_v2p(x) ((x) & ~0xa0000000)
可见有没有出现ioremap是次要的，关键问题是有无虚拟地址和物理地址的转换！
下面的程序在启动的时候保留一段内存，然后使用ioremap将它映射到内核虚拟空间，同时又用remap_page_range映射到用户虚拟空间，这样一来，内核和用户都能访问。如果在内核虚拟地址将这段内存初始化串"abcd"，那么在用户虚拟地址能够读出来：
/************mmap_ioremap.c**************/
#include
#include
#include
#include
#include /* for mem_map_(un)reserve */
#include /* for virt_to_phys */
#include /* for kmalloc and kfree */
MODULE_PARM(mem_start, "i");
MODULE_PARM(mem_size, "i");
static int mem_start = 101, mem_size = 10;
static char *reserve_virt_addr;
static int major;
int mmapdrv_open(struct inode *inode, struct file *file);
int mmapdrv_release(struct inode *inode, struct file *file);
int mmapdrv_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma);
static struct file_operations mmapdrv_fops =
{
owner: THIS_MODULE, mmap: mmapdrv_mmap, open: mmapdrv_open, release:
mmapdrv_release,
};
int init_module(void)
{
if ((major = register_chrdev(0, "mmapdrv", &mmapdrv_fops)) vm_pgoff vm_end - vma->vm_start;
if (size > mem_size *1024 * 1024)
{
printk("size too big＼n");
return ( - ENXIO);
}
offset = offset + mem_start * 1024 * 1024;
/* we do not want to have this area swapped out, lock it */
vma->vm_flags |= VM_LOCKED;
if (remap_page_range(vma, vma->vm_start, offset, size, PAGE_SHARED))
{
printk("remap page range failed＼n");
return - ENXIO;
}
return (0);
}
remap_page_range函数的功能是构造用于映射一段物理地址的新页表，实现了内核空间与用户空间的映射，其原型如下：
int remap_page_range(vma_area_struct *vma, unsigned long from, unsigned long to, unsigned long size, pgprot_tprot);
使用mmap最典型的例子是显示卡的驱动，将显存空间直接从内核映射到用户空间将可提供显存的读写效率。
http://www.cnblogs.com/zhangyanquen/archive/2009/06/23/1509773.html
第十七章 内存映射文件
1.概览
(1)什么是内存映射文件
内存映射文件是由一个文件到一块内存的映射,使进程虚拟地址空间的某个区域与磁盘上某个文件的部分或全部内容的建立映射。
建立映射后，通过该区域可以直接对被映射的磁盘文件进行访问.而不必执行文件I/O操作也无需对文件内容进行缓冲处理。
就好像整个被映射的文件都加载到了内存一样，因此内存文件映射非常适合于用来管理大文件。
注：与虚拟内存使用的是Page file不同,内存映射使用的是磁盘上的用户指定的文件。
(2)3种用途
系统用内存映射文件加载和执行EXE,DLL文件。既节省了Page file的空间，又加快了程序的执行。
用内存映射文件机制访问文件遮蔽了对文件I/O操作和文件内容的缓存操作
它是最有效的进程间通信机制，其它的进程间通信机制都是基于内存映射文件的。
2.程序的组成
每个DLL,EXE文件都是由一些段组成(如.data, .rdata, .text)。
段共有四个属性：读(R)、写(W)、执行(E)、共享(S)。
建段：
#pragma data_seg("段名")
//data
#pragma data_seg()
例：#pragma data_seg("MY")
volatile LONG g_lApplicationInstances = 0;
#pragma data_seg()
设置段属性：
#pragma comment(linker, "/Section:段名,段属性")
例：#pragma comment(linker, "/Section:MY,RWS")
默认情况下用户新建的段中只能存放初始化的数据，若数据未始化，该数据会被系统自动放到其它的段中，而不会放到用户指定的段。
allocate宏可以帮助我们在新建的段中放入未初始的数据，
如:
// Uninitialized, in Shared section
__declspec(allocate("MY")) int d;
3.内存映射文件的用法
使用前：
(1)创建一个文件内核对象，指向磁盘上要做为内存映射的文件
(2)创建一个文件映射内核对象，并告诉系统文件的大小及如何访问这个文件(读、写)
(3)告诉系统把文件映射对象的部分和全部映射到进程的地址空间中。
使用后
(1)告诉系统从你的进程的地址空间中撤消文件映射内核对象的映像
(2)关闭文件映射内核对象
(3)关闭文件内核对象。
4.内存映射与一致性
1.仅使用内存映射
多个进程可以同时对一个文件进行映射。当其中一个进程修改文件的内容时，被修改的内容会同时反映到其它进程中。
这是因为文件在内存中只有一份实例，进程只是对这块内存做了映射并没有创建副本。
2.内存映射与WriteFile操作
若一个进程A用内存映射对文件进行操作，另一个进程B用文件操作函数WriteFile对同一文件进行操作
A对文件的修改不会反应到B中，反之亦然。因为内存映射永远也不要在网络文件中使用。
在本地可以通过独占打开文件避名文件操作的不一致性。
5.Common API:
CreateFileMapping MapViewOfFile OpenFileMapping
UnmapViewOfFile FlushViewOfFile
http://www.doc88.com/p-87112329809.html 很详细 设计动态链接库 Windows