今天繼續我們的內核研究，即然我們選擇了2.6.26內核做為研究對象的版本，所以請朋友們還是手中有這個(gè)源代碼比較好，有的地方可能需要朋友們自己去研讀，特別是有一定基礎的朋友可以更寬泛一些的閱讀，如果你是新手就請跟著(zhù)我的步驟進(jìn)行，必竟主線(xiàn)我們是牢牢抓住不放的，好了，接著(zhù)上一節我們談到的應用程序，里面有這樣一句代碼： | shmat(shmid, (void *)0, 0);
| 這個(gè)函數就是將我們前邊建立的共享內存映射到了本進(jìn)程，我們跟著(zhù)進(jìn)入內核看一下，首先還是在sys_ipc()函數處 | case SHMAT:
switch (version) {
default: {
ulong raddr;
ret = do_shmat (first, (char __user *) ptr, second, &raddr);
if (ret)
return ret;
return put_user (raddr, (ulong __user *) third);
}
case 1: /* iBCS2 emulator entry point */
if (!segment_eq(get_fs(), get_ds()))
return -EINVAL;
/* The "(ulong *) third" is valid _only_ because of the kernel segment thing */
return do_shmat (first, (char __user *) ptr, second, (ulong *) third);
}
| 看起很復雜重要的函數只有一個(gè)那就是do_shmat()，它在ipc/shm.c中的816行處，我們看一下它，函數比較長(cháng)，我們分段看它 | long do_shmat(int shmid, char __user *shmaddr, int shmflg, ulong *raddr)
{
struct shmid_kernel *shp;
unsigned long addr;
unsigned long size;
struct file * file;
int err;
unsigned long flags;
unsigned long prot;
int acc_mode;
unsigned long user_addr;
struct ipc_namespace *ns;
struct shm_file_data *sfd;
struct path path;
mode_t f_mode;
err = -EINVAL;
if (shmid < 0)
goto out;
else if ((addr = (ulong)shmaddr)) {
if (addr & (SHMLBA-1)) {
if (shmflg & SHM_RND)
addr &= ~(SHMLBA-1); /* round down */
else
#ifndef __ARCH_FORCE_SHMLBA
if (addr & ~PAGE_MASK)
#endif
goto out;
}
flags = MAP_SHARED | MAP_FIXED;
} else {
if ((shmflg & SHM_REMAP))
goto out;
flags = MAP_SHARED;
}
if (shmflg & SHM_RDONLY) {
prot = PROT_READ;
acc_mode = S_IRUGO;
f_mode = FMODE_READ;
} else {
prot = PROT_READ | PROT_WRITE;
acc_mode = S_IRUGO | S_IWUGO;
f_mode = FMODE_READ | FMODE_WRITE;
}
if (shmflg & SHM_EXEC) {
prot |= PROT_EXEC;
acc_mode |= S_IXUGO;
}
| 我們看到參數中第一個(gè)參數是上一節中講到已經(jīng)建立的共享內存的id標識號，第二、三個(gè)參數在應用程序分別傳過(guò)一個(gè)0指針和0，第四個(gè)參數就是用于返回到sys_ipc()函數用的一個(gè)指針。函數中首先是對第二個(gè)參數也就是共享內存的映射地址進(jìn)行檢查，看是否能被 SHMLBA整除，即是否按頁(yè)的大小對齊。如果不能被整除這里就會(huì )進(jìn)行對齊處理，我們看到應用程序傳遞過(guò)來(lái)的參數是0指針，這里就會(huì )由內核分配一個(gè)地址，此后就是對標志的一些處理。我們接著(zhù)往下看 | /*
* We cannot rely on the fs check since SYSV IPC does have an
* additional creator id...
*/
ns = current->nsproxy->ipc_ns;
shp = shm_lock_check(ns, shmid);
if (IS_ERR(shp)) {
err = PTR_ERR(shp);
goto out;
}
err = -EACCES;
if (ipcperms(&shp->shm_perm, acc_mode))
goto out_unlock;
err = security_shm_shmat(shp, shmaddr, shmflg);
if (err)
goto out_unlock;
path.dentry = dget(shp->shm_file->f_path.dentry);
path.mnt = shp->shm_file->f_path.mnt;
shp->shm_nattch++;
size = i_size_read(path.dentry->d_inode);
shm_unlock(shp);
| 這段代碼中，通過(guò)shm_lock_check()函數找到struct shmid_kernel 結構，并賦值給這里的局部結構變量shp，我們看到shm_lock_check()函數是與ipc機制相關(guān)的，這里我們看一下 | static inline struct shmid_kernel *shm_lock_check(struct ipc_namespace *ns,
int id)
{
struct kern_ipc_perm *ipcp = ipc_lock_check(&shm_ids(ns), id);
if (IS_ERR(ipcp))
return (struct shmid_kernel *)ipcp;
return container_of(ipcp, struct shmid_kernel, shm_perm);
}
| 函數內部與消息隊列的函數 msg_lock_check()一模一樣，無(wú)非找到我們已經(jīng)建立的共享內存并上鎖。我們已經(jīng)在消除隊列中講過(guò) msg_lock_check()函數，所以這里不跟進(jìn)了。此后我們進(jìn)行了一些權限的檢查，這些檢查與文件系統的權限檢查類(lèi)似，我們以后在看文件系統的時(shí)候就會(huì )講到，下面是關(guān)鍵的部分了 | err = -ENOMEM;
sfd = kzalloc(sizeof(*sfd), GFP_KERNEL);
if (!sfd)
goto out_put_dentry;
file = alloc_file(path.mnt, path.dentry, f_mode, &shm_file_operations);
if (!file)
goto out_free;
file->private_data = sfd;
file->f_mapping = shp->shm_file->f_mapping;
sfd->id = shp->shm_perm.id;
sfd->ns = get_ipc_ns(ns);
sfd->file = shp->shm_file;
sfd->vm_ops = NULL;
down_write(¤t->mm->mmap_sem);
if (addr && !(shmflg & SHM_REMAP)) {
err = -EINVAL;
if (find_vma_intersection(current->mm, addr, addr + size))
goto invalid;
/*
* If shm segment goes below stack, make sure there is some
* space left for the stack to grow (at least 4 pages).
*/
if (addr < current->mm->start_stack &&
addr > current->mm->start_stack - size - PAGE_SIZE * 5)
goto invalid;
}
user_addr = do_mmap (file, addr, size, prot, flags, 0);
*raddr = user_addr;
err = 0;
if (IS_ERR_VALUE(user_addr))
err = (long)user_addr;
invalid:
up_write(¤t->mm->mmap_sem);
fput(file);
out_nattch:
down_write(&shm_ids(ns).rw_mutex);
shp = shm_lock_down(ns, shmid);
BUG_ON(IS_ERR(shp));
shp->shm_nattch--;
if(shp->shm_nattch == 0 &&
shp->shm_perm.mode & SHM_DEST)
shm_destroy(ns, shp);
else
shm_unlock(shp);
up_write(&shm_ids(ns).rw_mutex);
out:
return err;
out_unlock:
shm_unlock(shp);
goto out;
out_free:
kfree(sfd);
out_put_dentry:
dput(path.dentry);
goto out_nattch;
}
| 看似上面的過(guò)程很復雜其實(shí)實(shí)質(zhì)作用的函數只有一個(gè)do_mmap()函數，這個(gè)函數與內存管理的映射相關(guān)，我們先預先看一下為好，也好了解一下內存映射的過(guò)程這個(gè)函數在include/linux/mm.h的1098行，函數非常短 | static inline unsigned long do_mmap(struct file *file, unsigned long addr,
unsigned long len, unsigned long prot,
unsigned long flag, unsigned long offset)
{
unsigned long ret = -EINVAL;
if ((offset + PAGE_ALIGN(len)) < offset)
goto out;
if (!(offset & ~PAGE_MASK))
ret = do_mmap_pgoff(file, addr, len, prot, flag, offset >> PAGE_SHIFT);
out:
return ret;
}
| 我們看到他轉交給了do_mmap_pgoff()函數，它在mm/mmap.c的908行處，這個(gè)函數也很長(cháng)，我們將在內存管理的分析中詳細論述，這里只看其關(guān)鍵的部分，也就是我們應用程序要去的地方 | unsigned long do_mmap_pgoff(struct file * file, unsigned long addr,
unsigned long len, unsigned long prot,
unsigned long flags, unsigned long pgoff)
{
。。。。。。
addr = get_unmapped_area(file, addr, len, pgoff, flags);
| 我們的映射地址是0，所以?xún)群藭?huì )get_unmapped_area自動(dòng)分配一個(gè)地址，這個(gè)函數我們不跟進(jìn)了，它里面直接相關(guān)內存管理的細節，我們放一放，在do_mmap_pgoff函數中會(huì )再進(jìn)一步調用 | return mmap_region(file, addr, len, flags, vm_flags, pgoff,
accountable);
| 這是關(guān)鍵的映射地方，我們跟進(jìn)看一看 | unsigned long mmap_region(struct file *file, unsigned long addr,
unsigned long len, unsigned long flags,
unsigned int vm_flags, unsigned long pgoff,
int accountable)
{
我們只看關(guān)鍵的部分。。。。。。
if (file) {
error = -EINVAL;
if (vm_flags & (VM_GROWSDOWN|VM_GROWSUP))
goto free_vma;
if (vm_flags & VM_DENYWRITE) {
error = deny_write_access(file);
if (error)
goto free_vma;
correct_wcount = 1;
}
vma->vm_file = file;
get_file(file);
error = file->f_op->mmap(file, vma);
if (error)
goto unmap_and_free_vma;
if (vm_flags & VM_EXECUTABLE)
added_exe_file_vma(mm);
} else if (vm_flags & VM_SHARED) {
error = shmem_zero_setup(vma);
if (error)
goto free_vma;
}
| 實(shí)際最起作用的就只有上面紅色的部分代碼，這里的file也就是我們上一節講到創(chuàng )建共享內存中在共享內存的文件系統中創(chuàng )建的那個(gè)文件指針，這里就取得了共享內存文件系統file指針后實(shí)際上就通過(guò)文件系統的file_operations鉤子函數，為什么叫鉤子函數，其實(shí)這些函數就是一些指針即地址，我們之所以稱(chēng)之為鉤子就是因為經(jīng)常要有東西往上掛，即把自己的地址放在file_operations中，這些地址是函數的地址，當代碼訪(fǎng)問(wèn)到file_operations中的這些地址時(shí)就自動(dòng)跳到我們掛到鉤子上的函數中去了。更詳細的要等到我們論述文件系統時(shí)了，我們先知道有這么一個(gè)鉤子函數就成了，這里會(huì )執行到哪里呢，肯定是會(huì )執行到共享內存文件系統中的鉤子函數中，我們看看他到了哪里，我們看到在ipc/shm.c的322行處有共享內存這個(gè)鉤子函數的定義 | static const struct file_operations shmem_file_operations = {
.mmap = shmem_mmap,
#ifdef CONFIG_TMPFS
.llseek = generic_file_llseek,
.read = shmem_file_read,
.write = do_sync_write,
.aio_write = generic_file_aio_write,
.fsync = simple_sync_file,
.splice_read = generic_file_splice_read,
.splice_write = generic_file_splice_write,
#endif
};
| 很明顯他會(huì )跳轉到shmem_mmap()函數去執行 | static int shmem_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
{
file_accessed(file);
vma->vm_ops = &shmem_vm_ops;
vma->vm_flags |= VM_CAN_NONLINEAR;
return 0;
}
| 重要的關(guān)鍵點(diǎn)是 vma->vm_ops = &shmem_vm_ops;這里出現了另一個(gè)內存管理中的虛擬空間的鉤子函數 | static struct vm_operations_struct shmem_vm_ops = {
.fault = shmem_fault,
#ifdef CONFIG_NUMA
.set_policy = shmem_set_policy,
.get_policy = shmem_get_policy,
#endif
};
| 到這里我們可以看到實(shí)際上就已經(jīng)映射完成了，可能朋友們會(huì )說(shuō)怎么完成的，沒(méi)看明白，要知道內核是一個(gè)環(huán)環(huán)相扣的架構，這里其實(shí)交給了內存管理的去處理了，那一部分我們以后會(huì )進(jìn)一步論述和分析，在共享內存的映射這里只是建立了內存管理中的必要的映射機制，也就是把鉤子函數與這里的共享內存掛上鉤。使其在執行到關(guān)于共享內存的映射部分時(shí)自動(dòng)到這里提供的機制中去進(jìn)一步分配和處理，我們只能粗略的這樣簡(jiǎn)介一下，真正發(fā)生映射發(fā)生時(shí)是在“缺頁(yè)異常”，什么是缺頁(yè)異常，我們說(shuō)過(guò)內存是頁(yè)為單位管理的，缺頁(yè)就是指未建立管理的單位內存，我們以后論述這個(gè)名詞，現在是假設內存管理中要映射并且走到了缺頁(yè)異常處理程序中，會(huì )自動(dòng)跳轉到上面的鉤子函數.fault = shmem_fault,根據這里跳轉到shmem_fault()函數 | static int shmem_fault(struct vm_area_struct *vma, struct vm_fault *vmf)
{
struct inode *inode = vma->vm_file->f_path.dentry->d_inode;
int error;
int ret;
if (((loff_t)vmf->pgoff << PAGE_CACHE_SHIFT) >= i_size_read(inode))
return VM_FAULT_SIGBUS;
error = shmem_getpage(inode, vmf->pgoff, &vmf->page, SGP_CACHE, &ret);
if (error)
return ((error == -ENOMEM) ? VM_FAULT_OOM : VM_FAULT_SIGBUS);
mark_page_accessed(vmf->page);
return ret | VM_FAULT_LOCKED;
}
| 我們看到他進(jìn)一步從shmem_getpage中查找或者交換頁(yè)，那是內存管理部分的內容了我們以后會(huì )講述，我們暫且講到這里，至些我們明白了共享內存的映射實(shí)際上最后是與內存管理密切相關(guān)的。有興趣朋友可以自己順著(zhù)上面的函數看一下與內存管理的交換、分配機制。 | |
