Binder進程間通訊（四）----映射設備文件

時間 2019-11-12

標籤 binder 進程通訊映射設備文件简体版

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進程打開了/dev/binder設備以後，還須要使用mmap方法將這個設備文件映射到進程的內存之中，而後才能使用Binder進程間通訊。（關於mmap是一種實現ipc的重要機制，http://www.cnblogs.com/huxiao-tee/p/4660352.html ）html

/dev/binder是一個虛擬設備，咱們映射這個東西主要是爲了爲進程分配內核緩衝區，以便傳輸進程間通訊數據。咱們在初始化驅動程序的時候知道，當調用mmap映射/dev/binder時，實際上會調用的方法是binder_mmap數組

static int binder_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
	int ret;
	struct vm_struct *area;
	struct binder_proc *proc = filp->private_data;
	const char *failure_string;
	struct binder_buffer *buffer;

	if (proc->tsk != current)
		return -EINVAL;

	if ((vma->vm_end - vma->vm_start) > SZ_4M)
		vma->vm_end = vma->vm_start + SZ_4M;

	binder_debug(BINDER_DEBUG_OPEN_CLOSE,
		     "binder_mmap: %d %lx-%lx (%ld K) vma %lx pagep %lx\n",
		     proc->pid, vma->vm_start, vma->vm_end,
		     (vma->vm_end - vma->vm_start) / SZ_1K, vma->vm_flags,
		     (unsigned long)pgprot_val(vma->vm_page_prot));

	if (vma->vm_flags & FORBIDDEN_MMAP_FLAGS) {
		ret = -EPERM;
		failure_string = "bad vm_flags";
		goto err_bad_arg;
	}
	vma->vm_flags = (vma->vm_flags | VM_DONTCOPY) & ~VM_MAYWRITE;

	mutex_lock(&binder_mmap_lock);
	if (proc->buffer) {
		ret = -EBUSY;
		failure_string = "already mapped";
		goto err_already_mapped;
	}

	.....
}

PS : 內存映射信息放在vma參數中，注意，這裏的vma的數據類型是struct vm_area_struct，它表示的是一塊連續的虛擬地址空間區域，在函數變量聲明的地方，咱們還看到有一個相似的結構體struct vm_struct，這個數據結構也是表示一塊連續的虛擬地址空間區域，那麼，這二者的區別是什麼呢？在Linux中，struct vm_area_struct表示的虛擬地址是給用戶空間使用的，而struct vm_struct表示的虛擬地址是給內核使用的，它們對應的物理頁面均可以是不連續的。struct vm_area_struct表示的地址空間範圍是0~3G，而struct vm_struct表示的地址空間範圍是(3G + 896M + 8M) ~ 4G。struct vm_struct表示的地址空間範圍爲何不是3G~4G呢？原來，3G ~ (3G + 896M)範圍的地址是用來映射連續的物理頁面的，這個範圍的虛擬地址和對應的實際物理地址有着簡單的對應關係，即對應0~896M的物理地址空間，而(3G + 896M) ~ (3G + 896M + 8M)是安全保護區域（例如，全部指向這8M地址空間的指針都是非法的），所以struct vm_struct使用(3G + 896M + 8M) ~ 4G地址空間來映射非連續的物理頁面。安全

這一段代碼至關於都是準備工做, proc的賦值咱們在上一篇有過介紹，filp指向文件結構體，其中的private_data是在調用binder_open的時候binder驅動程序賦值的。數據結構

上面說了vma是用戶空間的虛擬地址空間，vm_end和vm_start制定了地址區域，而後判斷是否大於4m，若是大於則截取。說明Binder驅動程序最多分配4M的虛擬地址空間用於傳輸進程間通訊數據。app

binder要求用戶空間的虛擬地址空間不可寫，不可拷貝，經過vm_flags來設置。而後檢測一下binder_proc是否已經分配了內核空間，若是已經分配了直接返回。異步

到此準備工做算是結束了，接下去是真正的分配空間操做async

static int binder_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
	........
    //在內核中分配一段指定大小的虛擬地址空間
	area = get_vm_area(vma->vm_end - vma->vm_start, VM_IOREMAP);
	if (area == NULL) {
		ret = -ENOMEM;
		failure_string = "get_vm_area";
		goto err_get_vm_area_failed;
	}
    //內核虛擬地址空間起始地址賦值給buffer
	proc->buffer = area->addr;
    //用戶空間地址和內核空間地址的offset(用於快速計算地址)
	proc->user_buffer_offset = vma->vm_start - (uintptr_t)proc->buffer;
	mutex_unlock(&binder_mmap_lock);
    
    ............
    //爲申請物理空間作準備，建立一個數組，用來存儲物理頁面，保存在proc->pages中。（只建立了數組，還沒真正分配物理內存）
    //每一頁虛擬地址空間都對應一個物理頁面
	proc->pages = kzalloc(sizeof(proc->pages[0]) * ((vma->vm_end - vma->vm_start) / PAGE_SIZE), GFP_KERNEL);
	if (proc->pages == NULL) {
		ret = -ENOMEM;
		failure_string = "alloc page array";
		goto err_alloc_pages_failed;
	}
    //初始化內核虛擬地址空間大小
	proc->buffer_size = vma->vm_end - vma->vm_start;

    //設置用戶空間虛擬地址打開和關閉的函數
	vma->vm_ops = &binder_vm_ops;
	vma->vm_private_data = proc;

    //爲內核的虛擬地址空間請求物理內存，並進行分配
	if (binder_update_page_range(proc, 1, proc->buffer, proc->buffer + PAGE_SIZE, vma)) {
		ret = -ENOMEM;
		failure_string = "alloc small buf";
		goto err_alloc_small_buf_failed;
	}

    //使用binder_buffer 結構體來描述內核的虛擬地址空間 ，而且將其添加到proc->buffers鏈表中
    //步驟a
	buffer = proc->buffer;
	INIT_LIST_HEAD(&proc->buffers);
	list_add(&buffer->entry, &proc->buffers);

    //虛擬內存空間爲空，因此添加到free_buffers中。
	buffer->free = 1;
	binder_insert_free_buffer(proc, buffer);
    //將最大可用於異步事物的內核虛擬地址空間設置爲總的一半
	proc->free_async_space = proc->buffer_size / 2;
	barrier();
	proc->files = get_files_struct(current);
	proc->vma = vma;
	proc->vma_vm_mm = vma->vm_mm;

	/*pr_info("binder_mmap: %d %lx-%lx maps %p\n",
		 proc->pid, vma->vm_start, vma->vm_end, proc->buffer);*/
	return 0;

    ............
}

PS: 步驟a 首先咱們知道proc->buffer 的值是 area->addr，也就是內核的虛擬地址空間的起始位置的地址值，將其保存到buffer指針中。&buffer->entry 表明的也是一個在內核虛擬地址空間地址，將其添加到buffers列表中。當前buffers列表中只有一個數據。函數

差很少就是上面這個意思……ui

binder_update_page_range的做用是真正的爲內核的虛擬地址空間分配物理內存，代碼以下spa

// 參數是 proc, 1, proc->buffer, proc->buffer + PAGE_SIZE, vma
static int binder_update_page_range(struct binder_proc *proc, int allocate,
				    void *start, void *end,
				    struct vm_area_struct *vma)
{
	void *page_addr;
	unsigned long user_page_addr;
	struct vm_struct tmp_area;
	struct page **page;
	struct mm_struct *mm;

	....

	if (allocate == 0)
		goto free_range;

	....
    //分配物理內存，
	for (page_addr = start; page_addr < end; page_addr += PAGE_SIZE) {
		int ret;
        //依次獲取pages數組中的項
		page = &proc->pages[(page_addr - proc->buffer) / PAGE_SIZE];

		BUG_ON(*page);
        //請求物理頁
		*page = alloc_page(GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO);
		if (*page == NULL) {
			pr_err("%d: binder_alloc_buf failed for page at %p\n",
				proc->pid, page_addr);
			goto err_alloc_page_failed;
		}
        //將物理頁映射到內核虛擬地址空間
		tmp_area.addr = page_addr;
		tmp_area.size = PAGE_SIZE + PAGE_SIZE /* guard page? */;
		ret = map_vm_area(&tmp_area, PAGE_KERNEL, page);
		if (ret) {
			pr_err("%d: binder_alloc_buf failed to map page at %p in kernel\n",
			       proc->pid, page_addr);
			goto err_map_kernel_failed;
		}
        //獲取內核虛擬地址空間對應的用戶虛擬地址空間（經過加上user_buffer_offset）
		user_page_addr =
			(uintptr_t)page_addr + proc->user_buffer_offset;
        //將物理頁映射到用戶虛擬地址空間
		ret = vm_insert_page(vma, user_page_addr, page[0]);
		if (ret) {
			pr_err("%d: binder_alloc_buf failed to map page at %lx in userspace\n",
			       proc->pid, user_page_addr);
			goto err_vm_insert_page_failed;
		}
		/* vm_insert_page does not seem to increment the refcount */
	}
	if (mm) {
		up_write(&mm->mmap_sem);
		mmput(mm);
	}
	return 0;

//回收物理內存
free_range:
	for (page_addr = end - PAGE_SIZE; page_addr >= start;
	     page_addr -= PAGE_SIZE) {
		page = &proc->pages[(page_addr - proc->buffer) / PAGE_SIZE];
		if (vma)
			zap_page_range(vma, (uintptr_t)page_addr +
				proc->user_buffer_offset, PAGE_SIZE, NULL);
err_vm_insert_page_failed:
        //解除物理映射
		unmap_kernel_range((unsigned long)page_addr, PAGE_SIZE);
err_map_kernel_failed:
        //釋放物理頁
		__free_page(*page);
		*page = NULL;
err_alloc_page_failed:
		;
	}
err_no_vma:
	if (mm) {
		up_write(&mm->mmap_sem);
		mmput(mm);
	}
	return -ENOMEM;

}

這個方法在分配物理內存頁和回收物理內存頁的時候都會用到，使用第二個參數來控制，0表示釋放物理內存，1表示分配物理內存。須要注意的是咱們傳入的end，咱們看到，這裏咱們只分配了一個page的物理內存！