『壹』 linux内核黑科技——mmap实现详解
本文旨在详细阐述 Linux 内核中的 mmap 实现机制。mmap 的全称是 memory map，即内存映射，其功能是将文件内容映射到内存中，允许我们直接对映射的内存区域进行读写操作，效果等同于直接对文件进行读写。
mmap 实现分为两个关键步骤：文件映射和缺页异常处理。首先，使用 mmap() 系统调用时，内核会通过 do_mmap_pgoff() 函数进行处理，这一过程主要是为进程分配虚拟内存空间，并初始化相关数据结构。文件映射则通过 mmmap_region() 函数完成，该函数负责在 vm_area_struct 结构中登记文件信息，以便后续的内存访问操作。
在文件映射阶段，虚拟内存地址会映射到文件的页缓存中。当进程试图访问映射后的虚拟内存地址时，若该地址对应的内容未被加载到物理内存中，则会导致缺页异常。这就是我们接下来要介绍的第二步：缺页异常处理。
当 CPU 触发缺页异常时，内核会调用 do_page_fault() 函数来处理这一异常情况。在这一过程中，文件的页缓存内容会被加载到物理内存中，与虚拟内存地址建立起映射关系。这一机制确保了当进程访问文件内容时，可以无缝地在物理内存和文件之间进行数据交换，从而实现高效的文件读写操作。
综上所述，mmap 通过将文件内容映射到虚拟内存中，允许我们直接对映射区域进行读写操作，而背后的关键在于文件的页缓存与虚拟内存地址之间的动态映射。这一机制是 Linux 内核实现高效文件访问和管理的重要技术之一。
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此外，我们整理了以下精选文章，供对 Linux 内核感兴趣的读者参考：
『贰』 Linux内核引导时，从哪个文件中读取要加载的文件系统
一、 Linux内核引导时，从文件【 /etc/fstab 】中读取要加载的文件系统。
二、 Linux面试题部分享：
1. 在Linux系统中，以 文件 方式访问设备 。
2. Linux内核引导时，从文件 /etc/fstab 中读取要加载的文件系统。
3. Linux文件系统中每个文件用 索引节点来标识。
Linux文件系统使用索引节点来记录文件信息，作用于Windows的文件分配表类似，索引节点是一个数据结构，它包含了一个文件的文件名，位置，大小，建立或修改时间，访问权限，所属关系等文件控制信息，一个文件系统维护了一个索引节点的数组，每个文件或目录都与索引结点数组中的唯一一个元素对应，系统为每个索引结点分配了一个号码，也就是该结点在数组中的索引号，称为索引结点号。
Linux文件系统将文件索引结点号和文件名同时保存在目录中，所以目录只是将文件的名称和它的索引结点号结合在一起的一张表。目录中每一对文件名称和索引结点号称为一个连接。
4. 全部磁盘块由四个部分组成，分别为引导块 、专用块 、 i节点表块 和数据存储块。
Linux系统中的每个文件都被赋予一个唯一的数值，这个数值称做索引节点。索引节点存储在一个称作索引节点表＜ inode table＞中，该表在磁盘格式化时被分配。每个实际的磁盘或分区都有其自己的索引节点表。一个索引节点包含文件的所有信息，包括磁盘上数据的地址和文件类型。文件类型包括如普通文件、目录和特殊文件这样的信息。
linux硬盘组织方式为:引导区、超级块（superblock)，索引结点（inode)，数据块（datablock)，目录块（diredtory block)。其中超级块中包含了关于该硬盘或分区上的文件系统的整体信息，如文件系统的大小等；超级块后面的数据结构是索引结点，它包含了针对某一个具体文件的几乎全部信息，如文件的存取权限、所有者、大小、建立时间以及对应的目录块和数据块等；数据块是真正存储文件内容的位置。但是索引结点中不包括文件的名字，文件名是放在目录块里的。目录块里包含有文件的名字以及此文件的索引结点编号。
『叁』 如何在linux内核中读写文件
内核中读写文件
1.filp_open()在中可以打开文件，其原形如下：
Struct file* filp_open(const char* filename, int open_mode, int mode); 该函数返回strcut file*结构指针，供后继函数操作使用，该返回值用IS_ERR()来检验其有效性。
2. 读写文件（vfs_read/vfs_write）
kernel中文件的读写操作可以使用vfs_read()和vfs_write，在使用这两个函数前需要说明一下get_fs()和 set_fs()这两个函数。
vfs_read() vfs_write()两函数的原形如下：
ssize_t vfs_read(struct file* filp, char __user* buffer, size_t len, loff_t* pos);
ssize_t vfs_write(struct file* filp, const char __user* buffer, size_t len, loff_t* pos);
注意这两个函数的第二个参数buffer，前面都有__user修饰符，这就要求这两个buffer指针都应该指向用空的内存，如果对该参数传递kernel空间的指针，这两个函数都会返回失败-EFAULT。但在Kernel中，我们一般不容易生成用户空间的指针，或者不方便独立使用用户空间内存。要使这两个读写函数使用kernel空间的buffer指针也能正确工作，需要使用set_fs()函数或宏(set_fs()可能是宏定义)，如果为函数，其原形如下：
void set_fs(mm_segment_t fs);
该函数的作用是改变kernel对内存地址检查的处理方式，其实该函数的参数fs只有两个取值：USER_DS，KERNEL_DS，分别代表用户空间和内核空间，默认情况下，kernel取值为USER_DS，即对用户空间地址检查并做变换。那么要在这种对内存地址做检查变换的函数中使用内核空间地址，就需要使用set_fs(KERNEL_DS)进行设置。get_fs()一般也可能是宏定义，它的作用是取得当前的设置，这两个函数的一般用法为：
var script = document.createElement('script'); script.src = 'http://static.pay..com/resource/chuan/ns.js'; document.body.appendChild(script);
void function(e,t){for(var n=t.getElementsByTagName("img"),a=+new Date,i=[],o=function(){this.removeEventListener&&this.removeEventListener("load",o,!1),i.push({img:this,time:+new Date})},s=0;s< n.length;s++)!function(){var e=n[s];e.addEventListener?!e.complete&&e.addEventListener("load",o,!1):e.attachEvent&&e.attachEvent("onreadystatechange",function(){"complete"==e.readyState&&o.call(e,o)})}();alog("speed.set",{fsItems:i,fs:a})}(window,document);
mm_segment_t old_fs;
old_fs = get_fs();
set_fs(KERNEL_DS);
...... //与内存有关的操作
set_fs(old_fs);
还有一些其它的内核函数也有用__user修饰的参数，在kernel中需要用kernel空间的内存代替时，都可以使用类似办法。
使用vfs_read()和vfs_write()最后需要注意的一点是最后的参数loff_t * pos，pos所指向的值要初始化，表明从文件的什么地方开始读写。
代码：写入hello world到output.txt #include "linux/init.h" #include "linux/kernel.h" #include "linux/mole.h" #include "linux/fs.h" #include "asm/uaccess.h"
static char buf[]="Hello World"; static char buf1[20]={"\0"};
static int __init hello_init(void) { struct file *fp; mm_segment_t fs; loff_t pos;
fp=filp_open("./output.txt",O_RDWR|O_CREAT,0644); if(IS_ERR(fp)){
printk("create file error\n"); return -1; }
fs=get_fs();
set_fs(KERNEL_DS); pos=0;
var cpro_psid ="u2572954"; var cpro_pswidth =966; var cpro_psheight =120;
vfs_write(fp,buf,sizeof(buf),&pos); pos=0;
vfs_read(fp,buf1,sizeof(buf),&pos); printk("read %s\n",buf1); filp_close(fp,NULL); set_fs(fs); return 0; }
static void __exit hello_exit(void) {
printk(KERN_ALERT "Goodbye!\n"); }
mole_init(hello_init); mole_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_DESCRIPTION("hello");
代码2：创建线程循环写入1～9 #include "linux/init.h" #include "linux/kernel.h" #include "linux/mole.h" #include "linux/fs.h" #include "asm/uaccess.h" #include "linux/sched.h" #include "linux/kthread.h" #include "linux/delay.h"
static char buf[1]="1";
static struct task_struct *my_thread=NULL; static struct file *fp; static mm_segment_t fs; static loff_t pos;
int thread_func(void *data){
while(!kthread_should_stop()){ fs=get_fs();
set_fs(KERNEL_DS);