将物理内存正常映射到用户空间，结构页面支持的映射

Question

我有一个自定义设备驱动程序，它实现mmap 操作以将共享 RAM 缓冲区（操作系统外部）映射到用户空间。缓冲区通过传递mem=32M 作为操作系统的引导参数来保留，剩余的 512MB 可用作缓冲区。我想从映射内存执行零复制操作，如果vm_flags 包括VM_PFNMAP 和VM_IO，这是不可能的。

我的驱动程序当前通过调用vm_iomap_memory(vma, start, size) 来执行映射，而后者又调用io_remap_pfn_range 和remap_pfn_range，它使用VM_PFNMAP 和VM_IO 设置了vma。这可以将内存映射到用户空间，但是由于设置了VM_PFNMAP 标志或缺少结构页面，零拷贝套接字操作在get_user_pages 失败。 remap_pfn_range 的 cmets 显示这是预期行为，因为 pfn 映射的内存不应被视为“正常”。但是，就我而言，它只是一块保留的 RAM，所以我不明白为什么不应将其视为正常。我已经设置了缓存失效/刷新来手动管理内存。

我尝试在映射期间和映射后取消设置vm_area_struct 上的VM_PFNMAP 和VM_IO 标志，但get_user_pages 仍然失败。我还查看了 dma 库，但看起来它们依赖于在幕后调用 remap_pfn_range。

我的问题是如何将物理内存映射为普通的、非 pfn、结构页支持的用户空间地址？还是我应该以其他方式看待它？谢谢！

Answer 1

我找到了将内存缓冲区映射到内核外部的解决方案，该解决方案需要对我上面提到的几个错误起点进行更正。无法在此处发布完整的源代码，但使其工作的步骤是：

1. 设备树：为没有关联驱动程序的缓冲区定义保留的内存区域。不要使用 mem 或 memmap 引导参数。内核将限制自己使用该保留空间之外的内存，但现在可以为保留内存创建结构页面。
2. 在设备驱动程序（在我的例子中是 LKM）中，将物理地址映射到内核虚拟地址需要使用 memremap 而不是 ioremap，因为我们正在映射的是真实内存。
3. 在设备驱动程序 mmap 例程中，不要使用 remap_pfn_range 的任何变体来为使用空间设置 vma，而是将自定义 fault nopage 例程分配给 vma->vm_ops.fault 以在用户空间虚拟地址为时查找页面用过的。 lddv3 ch15 中描述了这种方法。
4. 驱动程序中的 nopage 函数应使用传递给它的 vm_fault 结构参数来计算需要页面的地址在 vma 中的偏移量。然后使用该偏移量计算内核虚拟地址（针对 memremap 的地址），并通过调用page = virt_to_page(pageptr); 获取页面，然后调用get_page(page);，并将其分配给具有@987654329 的vm_fault 结构@ lddv3 第 15 章也说明了这一点的后半部分。

据我所知，使用 mmap 对自定义设备驱动程序以这种方式映射的内存可以像正常的 malloc 内存一样使用。可能有一些方法可以使用 DMA 库实现类似的结果，但我有一些限制阻止了该路由，或者将设备树节点与驱动程序相关联。