1. linux中ioremap和mmap的區別
你不是已經說了區別
ioremap是將物理地址轉換為虛擬地址
mmap是將設備內存線性地址映射到用戶地址空間
linux的線程只能訪問虛擬地址，不管是不是內核，ioremap應用，比如有個寄存器地址是0xe8000000
你要用ioremap映射後，才能訪問地址0xe8000000。這兩個地址是不同的，mmu會幫你搞定，對你是透明的
mmap在內核我用過ops中的mmap方法
我寫過一個常式，見附件。裡面還有用戶態的測試程序。
2. linux共享內存和mmap的區別
共享內存的創建
根據理論：
1. 共享內存允許兩個或多個進程共享一給定的存儲區，因為數據不需要來回復制，所以是最快的一種進程間通信機制。共享內存可以通過mmap()映射普通文件（特殊情況下還可以採用匿名映射）機制實現，也可以通過系統V共享內存機制實現。應用介面和原理很簡單，內部機制復雜。為了實現更安全通信，往往還與信號燈等同步機制共同使用。
mmap的機制如：就是在磁碟上建立一個文件，每個進程存儲器裡面，單獨開辟一個空間來進行映射。如果多進程的話，那麼不會對實際的物理存儲器（主存）消耗太大。
shm的機制：每個進程的共享內存都直接映射到實際物理存儲器裡面。
結論：
1、mmap保存到實際硬碟，實際存儲並沒有反映到主存上。優點：儲存量可以很大（多於主存）（這里一個問題，需要高手解答,會不會太多拷貝到主存裡面？？？）；缺點：進程間讀取和寫入速度要比主存的要慢。
2、shm保存到物理存儲器（主存），實際的儲存量直接反映到主存上。優點，進程間訪問速度（讀寫）比磁碟要快；缺點，儲存量不能非常大（多於主存）
使用上看：如果分配的存儲量不大，那麼使用shm；如果存儲量大，那麼使用shm。
參看網路：http://ke..com/view/1499209.htm
mmap就是一個文件操作
看這些網路的描述：
mmap()系統調用使得進程之間通過映射同一個普通文件實現共享內存。普通文件被映射到進程地址空間後，進程可以向訪問普通內存一樣對文件進行訪問，不必再調用read()，write（）等操作。 成功執行時，mmap()返回被映射區的指針，munmap()返回0。失敗時，mmap()返回MAP_FAILED[其值為(void *)-1]，munmap返回-1。errno被設為以下的某個值 EACCES：訪問出錯EAGAIN：文件已被鎖定，或者太多的內存已被鎖定EBADF：fd不是有效的文件描述詞EINVAL：一個或者多個參數無效 ENFILE：已達到系統對打開文件的限制ENODEV：指定文件所在的文件系統不支持內存映射ENOMEM：內存不足，或者進程已超出最大內存映射數量 EPERM：權能不足，操作不允許ETXTBSY：已寫的方式打開文件，同時指定MAP_DENYWRITE標志SIGSEGV：試著向只讀區寫入 SIGBUS：試著訪問不屬於進程的內存區參數fd為即將映射到進程空間的文件描述字，
一般由open()返回，同時，fd可以指定為-1，此時須指定 flags參數中的MAP_ANON，表明進行的是匿名映射（不涉及具體的文件名，避免了文件的創建及打開，很顯然只能用於具有親緣關系的進程間通信）
相關文章參考：
mmap函數是unix/linux下的系統調用，來看《Unix Netword programming》卷二12.2節有詳細介紹。
mmap系統調用並不是完全為了用於共享內存而設計的。它本身提供了不同於一般對普通文件的訪問方式，進程可以像讀寫內存一樣對普通文件的操作。而Posix或系統V的共享內存IPC則純粹用於共享目的，當然mmap()實現共享內存也是其主要應用之一。
mmap系統調用使得進程之間通過映射同一個普通文件實現共享內存。普通文件被映射到進程地址空間後，進程可以像訪問普通內存一樣對文件進行訪問，不必再 調用read()，write（）等操作。mmap並不分配空間, 只是將文件映射到調用進程的地址空間里, 然後你就可以用memcpy等操作寫文件, 而不用write()了.寫完後用msync()同步一下, 你所寫的內容就保存到文件里了. 不過這種方式沒辦法增加文件的長度, 因為要映射的長度在調用mmap()的時候就決定了.
簡單說就是把一個文件的內容在內存裡面做一個映像，內存比磁碟快些。
基本上它是把一個檔案對應到你的virtual memory 中的一段，並傳回一個指針。
重寫總結：
1、mmap實際就是操作「文件」。
2、映射文件，除了主存的考慮外。shm的內存共享，效率應該比mmap效率要高（mmap通過io和文件操作，或「需要寫完後用msync()同步一下」）；當然mmap映射操作文件，比直接操作文件要快些;由於多了一步msync應該可以說比shm要慢了吧？？？
3、另一方面，mmap的優點是，操作比shm簡單（沒有調用比shm函數復雜），我想這也是許多人喜歡用的原因，包括nginx。
缺點，還得通過實際程序測試，確定！！！
修正理解（這也真是的，這個網站沒辦法附加；只能重寫了）：
今天又細心研究了一下，發現網路這么一段說明：
2、系統調用mmap()用於共享內存的兩種方式：
（1）使用普通文件提供的內存映射：適用於任何進程之間；此時，需要打開或創建一個文件，然後再調用mmap()；典型調用代碼如下：
fd=open(name, flag, mode);
if(fd<0)
...
ptr=mmap(NULL, len , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED , fd , 0); 通過mmap()實現共享內存的通信方式有許多特點和要注意的地方，我們將在範例中進行具體說明。
（2）使用特殊文件提供匿名內存映射：適用於具有親緣關系的進程之間；由於父子進程特殊的親緣關系，在父進程中先調用mmap()，然後調用fork()。那麼在調用fork()之後，子進程繼承父進程匿名映射後的地址空間，同樣也繼承mmap()返回的地址，這樣，父子進程就可以通過映射區域進行通信了。注意，這里不是一般的繼承關系。一般來說，子進程單獨維護從父進程繼承下來的一些變數。而mmap()返回的地址，卻由父子進程共同維護。
看了一下windows「內存映射文件」：http://ke..com/view/394293.htm
內存映射文件與虛擬內存有些類似，通過內存映射文件可以保留一個地址空間的區域，同時將物理存儲器提交給此區域，只是內存文件映射的物理存儲器來自一個已經存在於磁碟上的文件，而非系統的頁文件，而且在對該文件進行操作之前必須首先對文件進行映射，就如同將整個文件從磁碟載入到內存。由此可以看出，使用內存映射文件處理存儲於磁碟上的文件時，將不必再對文件執行I/O操作，這意味著在對文件進行處理時將不必再為文件申請並分配緩存，所有的文件緩存操作均由系統直接管理，由於取消了將文件數據載入到內存、數據從內存到文件的回寫以及釋放內存塊等步驟，使得內存映射文件在處理大數據量的文件時能起到相當重要的作用。另外，實際工程中的系統往往需要在多個進程之間共享數據，如果數據量小，處理方法是靈活多變的，如果共享數據容量巨大，那麼就需要藉助於內存映射文件來進行。實際上，內存映射文件正是解決本地多個進程間數據共享的最有效方法。
這里再總結一次：
1、mmap有兩種方式，一種是映射內存，它把普通文件映射為實際物理內存頁，訪問它就和訪問物理內存一樣（這也就和shm的功能一樣了）（同時不用刷新到文件）
2、mmap可以映射文件，不確定會不會像windows「內存映射文件」一樣的功能，如果是，那麼他就能映射好幾G甚至好幾百G的內存數據，對大數據處理將提供強大功能了？？？
3、shm只做內存映射，和mmap第一個功能一樣！只不過不是普通文件而已，但都是物理內存。
3. Linux驅動程序的工作原理
由於你的問題太長我只好轉載別人的手打的太累不好意思~~~
Linux是Unix***作系統的一種變種,在Linux下編寫驅動程序的原理和
思想完全類似於其他的Unix系統,但它dos或window環境下的驅動程序有很大的
區別.在Linux環境下設計驅動程序,思想簡潔,***作方便,功芤埠芮看?但是
支持函數少,只能依賴kernel中的函數,有些常用的***作要自己來編寫,而且調
試也不方便.本人這幾周來為實驗室自行研製的一塊多媒體卡編制了驅動程序,
獲得了一些經驗,願與Linux fans共享,有不當之處,請予指正.
以下的一些文字主要來源於khg,johnsonm的Write linux device driver,
Brennan's Guide to Inline Assembly,The Linux A-Z,還有清華BBS上的有關
device driver的一些資料. 這些資料有的已經過時,有的還有一些錯誤,我依
據自己的試驗結果進行了修正.
一. Linux device driver 的概念
系統調用是***作系統內核和應用程序之間的介面,設備驅動程序是***作系統
內核和機器硬體之間的介面.設備驅動程序為應用程序屏蔽了硬體的細節,這樣
在應用程序看來,硬體設備只是一個設備文件, 應用程序可以象***作普通文件
一樣對硬體設備進行***作.設備驅動程序是內核的一部分,它完成以下的功能:
1.對設備初始化和釋放.
2.把數據從內核傳送到硬體和從硬體讀取數據.
3.讀取應用程序傳送給設備文件的數據和回送應用程序請求的數據.
4.檢測和處理設備出現的錯誤.
在Linux***作系統下有兩類主要的設備文件類型,一種是字元設備,另一種是
塊設備.字元設備和塊設備的主要區別是:在對字元設備發出讀/寫請求時,實際
的硬體I/O一般就緊接著發生了,塊設備則不然,它利用一塊系統內存作緩沖區,
當用戶進程對設備請求能滿足用戶的要求,就返回請求的數據,如果不能,就調用請求函數來進行實際
的I/O***作.塊設備是主要針對磁碟等慢速設備設計的,以免耗費過多的CPU時間
來等待.
已經提到,用戶進程是通過設備文件來與實際的硬體打交道.每個設備文件都
都有其文件屬性(c/b),表示是字元設備還蔤強檣璞?另外每個文件都有兩個設
備號,第一個是主設備號,標識驅動程序,第二個是從設備號,標識使用同一個
設備驅動程序的不同的硬體設備,比如有兩個軟盤,就可以用從設備號來區分
他們.設備文件的的主設備號必須與設備驅動程序在登記時申請的主設備號
一致,否則用戶進程將無法訪問到驅動程序.
最後必須提到的是,在用戶進程調用驅動程序時,系統進入核心態,這時不再是
搶先式調度.也就是說,系統必須在你的驅動程序的子函數返回後才能進行其他
的工作.如果你的驅動程序陷入死循環,不幸的是你只有重新啟動機器了,然後就
是漫長的fsck.//hehe
(請看下節,實例剖析)
讀/寫時,它首先察看緩沖區的內容,如果緩沖區的數據
如何編寫Linux***作系統下的設備驅動程序
Roy G
二.實例剖析
我們來寫一個最簡單的字元設備驅動程序.雖然它什麼也不做,但是通過它
可以了解Linux的設備驅動程序的工作原理.把下面的C代碼輸入機器,你就會
獲得一個真正的設備驅動程序.不過我的kernel是2.0.34,在低版本的kernel
上可能會出現問題,我還沒測試過.//xixi
#define __NO_VERSION__
#include
#include
char kernel_version [] = UTS_RELEASE;
這一段定義了一些版本信息,雖然用處不是很大,但也必不可少.Johnsonm說所
有的驅動程序的開頭都要包含,但我看倒是未必.
由於用戶進程是通過設備文件同硬體打交道,對設備文件的***作方式不外乎就
是一些系統調用,如 open,read,write,close...., 注意,不是fopen, fread.,
但是如何把系統調用和驅動程序關聯起來呢?這需要了解一個非常關鍵的數據
結構:
struct file_operations {
int (*seek) (struct inode * ,struct file *, off_t ,int);
int (*read) (struct inode * ,struct file *, char ,int);
int (*write) (struct inode * ,struct file *, off_t ,int);
int (*readdir) (struct inode * ,struct file *, struct dirent * ,int);
int (*select) (struct inode * ,struct file *, int ,select_table *);
int (*ioctl) (struct inode * ,struct file *, unsined int ,unsigned long
int (*mmap) (struct inode * ,struct file *, struct vm_area_struct *);
int (*open) (struct inode * ,struct file *);
int (*release) (struct inode * ,struct file *);
int (*fsync) (struct inode * ,struct file *);
int (*fasync) (struct inode * ,struct file *,int);
int (*check_media_change) (struct inode * ,struct file *);
int (*revalidate) (dev_t dev);
}
這個結構的每一個成員的名字都對應著一個系統調用.用戶進程利用系統調用
在對設備文件進行諸如read/write***作時,系統調用通過設備文件的主設備號
找到相應的設備驅動程序,然後讀取這個數據結構相應的函數指針,接著把控制
權交給該函數.這是linux的設備驅動程序工作的基本原理.既然是這樣,則編寫
設備驅動程序的主要工作就是編寫子函數,並填充file_operations的各個域.
相當簡單,不是嗎?
下面就開始寫子程序.
#include
#include
#include
#include
#include
unsigned int test_major = 0;
static int read_test(struct inode *node,struct file *file,
char *buf,int count)
{
int left;
if (verify_area(VERIFY_WRITE,buf,count) == -EFAULT )
return -EFAULT;
for(left = count left > 0 left--)
{
__put_user(1,buf,1);
buf++;
}
return count;
}
這個函數是為read調用准備的.當調用read時,read_test()被調用,它把用戶的
緩沖區全部寫1.
buf 是read調用的一個參數.它是用戶進程空間的一個地址.但是在read_test
被調用時,系統進入核心態.所以不能使用buf這個地址,必須用__put_user(),
這是kernel提供的一個函數,用於向用戶傳送數據.另外還有很多類似功能的
函數.請參考.在向用戶空間拷貝數據之前,必須驗證buf是否可用.
這就用到函數verify_area.
static int write_tibet(struct inode *inode,struct file *file,
const char *buf,int count)
{
return count;
}
static int open_tibet(struct inode *inode,struct file *file )
{
MOD_INC_USE_COUNT;
return 0;
} static void release_tibet(struct inode *inode,struct file *file )
{
MOD_DEC_USE_COUNT;
}
這幾個函數都是空***作.實際調用發生時什麼也不做，他們僅僅為下面的結構
提供函數指針。
struct file_operations test_fops = {
NULL,
read_test,
write_test,
NULL, /* test_readdir */
NULL,
NULL, /* test_ioctl */
NULL, /* test_mmap */
open_test,
release_test, NULL, /* test_fsync */
NULL, /* test_fasync */
/* nothing more, fill with NULLs */
};
設備驅動程序的主體可以說是寫好了。現在要把驅動程序嵌入內核。驅動程序
可以按照兩種方式編譯。一種是編譯進kernel，另一種是編譯成模塊(moles),
如果編譯進內核的話，會增加內核的大小，還要改動內核的源文件，而且不能
動態的卸載，不利於調試，所以推薦使用模塊方式。
int init_mole(void)
{
int result;
result = register_chrdev(0, "test", &test_fops);
if (result < 0) {
printk(KERN_INFO "test: can't get major number ");
return result;
}
if (test_major == 0) test_major = result; /* dynamic */
return 0;
}
在用insmod命令將編譯好的模塊調入內存時，init_mole 函數被調用。在
這里，init_mole只做了一件事，就是向系統的字元設備表登記了一個字元
設備。register_chrdev需要三個參數，參數一是希望獲得的設備號，如果是
零的話，系統將選擇一個沒有被佔用的設備號返回。參數二是設備文件名，
參數三用來登記驅動程序實際執行***作的函數的指針。
如果登記成功，返回設備的主設備號，不成功，返回一個負值。
void cleanup_mole(void)
{
unregister_chrdev(test_major, "test");
}
在用rmmod卸載模塊時，cleanup_mole函數被調用，它釋放字元設備test
在系統字元設備表中佔有的表項。
一個極其簡單的字元設備可以說寫好了，文件名就叫test.c吧。
下面編譯
$ gcc -O2 -DMODULE -D__KERNEL__ -c test.c
得到文件test.o就是一個設備驅動程序。
如果設備驅動程序有多個文件，把每個文件按上面的命令行編譯，然後
ld -r file1.o file2.o -o molename.
驅動程序已經編譯好了，現在把它安裝到系統中去。
$ insmod -f test.o
如果安裝成功，在/proc/devices文件中就可以看到設備test,
並可以看到它的主設備號,。
要卸載的話，運行
$ rmmod test
下一步要創建設備文件。
mknod /dev/test c major minor
c 是指字元設備，major是主設備號，就是在/proc/devices里看到的。
用shell命令
$ cat /proc/devices | awk "\$2=="test" {print \$1}"
就可以獲得主設備號，可以把上面的命令行加入你的shell script中去。
minor是從設備號，設置成0就可以了。
我們現在可以通過設備文件來訪問我們的驅動程序。寫一個小小的測試程序。
#include
#include
#include
#include
main()
{
int testdev;
int i;
char buf[10];
testdev = open("/dev/test",O_RDWR);
if ( testdev == -1 )
{
printf("Cann't open file ");
exit(0);
}
read(testdev,buf,10);
for (i = 0; i < 10;i++)
printf("%d ",buf);
close(testdev);
}
編譯運行，看看是不是列印出全1 ？
以上只是一個簡單的演示。真正實用的驅動程序要復雜的多，要處理如中斷，
DMA，I/O port等問題。這些才是真正的難點。請看下節，實際情況的處理。
如何編寫Linux***作系統下的設備驅動程序
Roy G
三 設備驅動程序中的一些具體問題。
1. I/O Port.
和硬體打交道離不開I/O Port，老的ISA設備經常是佔用實際的I/O埠，
在linux下，***作系統沒有對I/O口屏蔽，也就是說，任何驅動程序都可以
對任意的I/O口***作，這樣就很容易引起混亂。每個驅動程序應該自己避免
誤用埠。
有兩個重要的kernel函數可以保證驅動程序做到這一點。
1）check_region(int io_port, int off_set)
這個函數察看系統的I/O表，看是否有別的驅動程序佔用某一段I/O口。
參數1：io埠的基地址，
參數2：io埠佔用的范圍。
返回值：0 沒有佔用， 非0，已經被佔用。
2）request_region(int io_port, int off_set,char *devname)
如果這段I/O埠沒有被佔用，在我們的驅動程序中就可以使用它。在使用
之前，必須向系統登記，以防止被其他程序佔用。登記後，在/proc/ioports
文件中可以看到你登記的io口。
參數1：io埠的基地址。
參數2：io埠佔用的范圍。
參數3：使用這段io地址的設備名。
在對I/O口登記後，就可以放心地用inb(), outb()之類的函來訪問了。
在一些pci設備中，I/O埠被映射到一段內存中去，要訪問這些埠就相當
於訪問一段內存。經常性的，我們要獲得一塊內存的物理地址。在dos環境下，
（之所以不說是dos***作系統是因為我認為DOS根本就不是一個***作系統，它實
在是太簡單，太不安全了）只要用段：偏移就可以了。在window95中，95ddk
提供了一個vmm 調用 _MapLinearToPhys,用以把線性地址轉化為物理地址。但
在Linux中是怎樣做的呢？
2 內存***作
在設備驅動程序中動態開辟內存，不是用malloc，而是kmalloc，或者用
get_free_pages直接申請頁。釋放內存用的是kfree，或free_pages. 請注意，
kmalloc等函數返回的是物理地址！而malloc等返回的是線性地址！關於
kmalloc返回的是物理地址這一點本人有點不太明白：既然從線性地址到物理
地址的轉換是由386cpu硬體完成的，那樣匯編指令的***作數應該是線性地址，
驅動程序同樣也不能直接使用物理地址而是線性地址。但是事實上kmalloc
返回的確實是物理地址，而且也可以直接通過它訪問實際的RAM，我想這樣可
以由兩種解釋，一種是在核心態禁止分頁，但是這好像不太現實；另一種是
linux的頁目錄和頁表項設計得正好使得物理地址等同於線性地址。我的想法
不知對不對，還請高手指教。
言歸正傳，要注意kmalloc最大隻能開辟128k-16，16個位元組是被頁描述符
結構佔用了。kmalloc用法參見khg.
內存映射的I/O口，寄存器或者是硬體設備的RAM(如顯存)一般佔用F0000000
以上的地址空間。在驅動程序中不能直接訪問，要通過kernel函數vremap獲得
重新映射以後的地址。
另外，很多硬體需要一塊比較大的連續內存用作DMA傳送。這塊內存需要一直
駐留在內存，不能被交換到文件中去。但是kmalloc最多隻能開辟128k的內存。
這可以通過犧牲一些系統內存的方法來解決。
具體做法是：比如說你的機器由32M的內存，在lilo.conf的啟動參數中加上
mem=30M，這樣linux就認為你的機器只有30M的內存，剩下的2M內存在vremap
之後就可以為DMA所用了。
請記住，用vremap映射後的內存，不用時應用unremap釋放，否則會浪費頁表。
3 中斷處理
同處理I/O埠一樣，要使用一個中斷，必須先向系統登記。
int request_irq(unsigned int irq ,
void(*handle)(int,void *,struct pt_regs *),
unsigned int long flags,
const char *device);
irq: 是要申請的中斷。
handle：中斷處理函數指針。
flags：SA_INTERRUPT 請求一個快速中斷，0 正常中斷。
device：設備名。
如果登記成功，返回0，這時在/proc/interrupts文件中可以看你請求的
中斷。
4一些常見的問題。
對硬體***作，有時時序很重要。但是如果用C語言寫一些低級的硬體***作
的話，gcc往往會對你的程序進行優化，這樣時序就錯掉了。如果用匯編寫呢，
gcc同樣會對匯編代碼進行優化，除非你用volatile關鍵字修飾。最保險的
辦法是禁止優化。這當然只能對一部分你自己編寫的代碼。如果對所有的代碼
都不優化，你會發現驅動程序根本無法裝載。這是因為在編譯驅動程序時要
用到gcc的一些擴展特性，而這些擴展特性必須在加了優化選項之後才能體現
出來。
關於kernel的調試工具，我現在還沒有發現有合適的。有誰知道請告訴我，
不勝感激。我一直都在printk列印調試信息，倒也還湊合。
關於設備驅動程序還有很多內容，如等待/喚醒機制，塊設備的編寫等。
我還不是很明白，不敢亂說。
4. Linux關於地址空間和MMAP映射有何特點
Linux採用
虛擬
內存技術，系統中的所有進程之間以虛擬方式共享內存。對每個進程來說，它們好像都可以訪問整個系統的所有物理內存。更重要的是，即使單獨一個進程，它擁有的地址空間也可以遠遠大於系統物理內存。
進程地址空間由每個進程中的線性地址區組成，每個進程都有一個32位或64位的平坦（flat）空間，空間的具體大小取決於體系結構。「平坦」指地址空間范圍是一個獨立的連續區間。通常情況下，每個進程都有唯一的這種平坦空間，而且每個進程的地址空間之間彼此互不相干。兩個不同的進程可以在它們各自地址空間的相同地址內存存放不同的數據。但是進程之間也可以選擇共享地址空間，我們稱這樣的進程為線程。
在地址空間中，我們更為關心的是進程有權訪問的虛擬內存地址區間，比如08048000~0804c000。這些可被訪問的合法地址區間被成為內存區域（memory area），通過內核，進程可以給自己的地址空間動態地添加或減少內存區域。
進程只能訪問有效范圍內的內存地址。每個內存區域也具有相應進程必須遵循的特定訪問屬性，如只讀、只寫、可執行等屬性。如果一個進程訪問了不在有效范圍中的地址，或以不正確的方式訪問有效地址，那麼內核就會終止該進程，並返回「段錯誤」信息。
?
內存區域可以包含各種內存對象，如下：
?
可執行文件代碼的內存映射，成為代碼段（text section）。
?
可執行文件的已初始化全局變數的內存映射，成為數據段（data section）。
?
包含未初始化全局變數的零頁（也就是bss段）的內存映射。零頁是指頁面中的數據全部為0。
?
用於進程用戶空間棧的零頁的內存映射。
?
每一個諸如C庫或動態鏈接程序等共享庫的代碼段、數據段和bss也會被載入進程的地址空間。
?
任何內存映射文件。
?
任何共享內存段。
?
任何匿名的內存映射，比如由malloc（）分配的內存。
進程地址空間的任何有效地址都只能位於唯一的區域，這些內存區域不能相互覆蓋。可以看到，在執行的進程中，每個不同的內存片斷都對應一個獨立的內存區域：棧、對象代碼、全局變數、被映射的文件等等。
內核使用內存描述符表示進程的地址空間。內存描述符由mm_struct結構體表示，定義在文件中，該結構包含了和進程地址空間有關的全部信息。
VMA
內存區域由vm_area_struct結構體描述，定義在文件中，內存區域在內核中也經常被稱作虛擬內存區域或者VMA。
VMA標志是一種位標志，它定義在vm_area_struct結構中（該結構中的vm_flags子域）。和物理頁的訪問許可權不同，VMA標志反映了內核處理頁面索需要遵守的行為准則，而不是硬體要求。VM_IO標志內存區域中包含對設備I/O空間的映射。該標志通常在設備驅動程序執行 mmap()函數進行I/O空間映射時才被設置，同時該標志也表示該內存區域不能被包含在任何進程的存放轉存（core mp）中。VM_RESERVED標志內存區域不能被換出，它也是在設備驅動程序進行映射時被設置。
vm_area_struct結構體中的vm_ops域指向與指定內存區域相關的操作函數表，內核使用表中的方法操作VMA。
mmap()和do_mmap()：創建地址區間
內核使用do_mmap()函數創建一個新的線性地址區間。但是說給函數創建一個新VMA並不非常准確，因為如果創建的地址區間和一個已經存在的地址區間相鄰，並且它們具有相同的訪問許可權的話，那麼兩個區間將合並為一個。如果不能合並，那麼就確實需要創建一個新的VMA了。但無論哪種情況，do_mmap()函數都會將一個地址區間加入到進程的地址空間中——無論是擴展已經存在的內存區域還是創建一個新的區域。
do_mmap()函數聲明在文件中，原型如下：
unsigned long do_mmap(struct file *file, unsigned long addr,
unsigned long len, unsigned long prot,
unsigned long flag, unsigned long offset)
在用戶空間可以通過mmap()函數調用獲取內核函數do_mmap()的功能。mmap()系統調用原型如下：
void *mmap2(void *start, size_t length,
int prot, int flags,
int fd, off_t pgoff)
do_munmap()函數從特定的進程地址空間中刪除指定地址區間，該函數在文件中聲明：
int do_munmap(struct mm_struct *mm, unsigned long start, size_t len)
系統調用munmap()給用戶空間程序提供了一種從自身地址空間中刪除指定地址區間的方法，它和系統調用mmap()的作用相反：
int munmap(void *start, size_t length)
mmap設備操作
對於驅動程序來說，內存映射可以提供給用戶程序直接訪問設備內存的能力。映射一個設備，意味著使用戶空間的一段地址關聯到設備內存上。無論何時，只要程序在分配的地址范圍內進行讀取或者寫入，實際上就是對設備的訪問。
並不是所有的設備都能進行mmap抽象。例如，串口設備和其他面向流的設備就無法實現這種抽象。mmap的另一個限制是映射都是以 PAGE_SIZE為單位的。內核只能在頁表一級處理虛擬地址；因此，被映射的區域必須是PAGE_SIZE的整數倍，而且必須位於起始於 PAGE_SIZE整數倍地址的物理內存內。如果區域的大小不是頁大小的整數倍，內核就通過生成一個稍微大一些的區域來容納它。
mmap方法是file_operations結構中的一員，並且在執行mmap系統調用時就會調用該方法。在調用實際方法之前，內核會完成很多工作，而且該方法的原型與系統調用的原型由很大區別。關於Linux命令的介紹，看看《linux就該這么學》，具體關於這一章地址3w(dot)linuxprobe/chapter-02(dot)html
文件操作聲明如下：
int (*mmap) (struct file * filp, struct vm_area_struct *vma);
其中vma參數包含了用於訪問設備的虛擬地址區間的信息。大部分工作已經由內核完成了，要實現mmap，驅動程序只要為這一地址范圍構造合適的頁表即可，如果需要的話，就用一個新的操作集替換vma->vm_ops。
有兩種建立頁表的方法：使用remap_page_range函數可一次建立所有的頁表，或者通過nopage VMA方法每次建立一個頁表。
構造用於映射一段物理地址的新頁表的工作是由remap_page_range完
5. 解釋一下linux驅動程序結構框架及工作原理
一、Linux device driver 的概念
系統調用是操作系統內核和應用程序之間的介面，設備驅動程序是操作系統內核和機器硬體之間的介面。設備驅動程序為應用程序屏蔽了硬體的細節，這樣在應用程序看來，硬體設備只是一個設備文件，應用程序可以象操作普通文件一樣對硬體設備進行操作。設備驅動程序是內核的一部分，它完成以下的功能:
1、對設備初始化和釋放；
2、把數據從內核傳送到硬體和從硬體讀取數據；
3、讀取應用程序傳送給設備文件的數據和回送應用程序請求的數據；
4、檢測和處理設備出現的錯誤。
在Linux操作系統下有三類主要的設備文件類型，一是字元設備，二是塊設備，三是網路設備。字元設備和塊設備的主要區別是:在對字元設備發出讀/寫請求時，實際的硬體I/O一般就緊接著發生了，塊設備則不然，它利用一塊系統內存作緩沖區，當用戶進程對設備請求能滿足用戶的要求，就返回請求的數據，如果不能，就調用請求函數來進行實際的I/O操作。塊設備是主要針對磁碟等慢速設備設計的，以免耗費過多的CPU時間來等待。
已經提到，用戶進程是通過設備文件來與實際的硬體打交道。每個設備文件都都有其文件屬性(c/b)，表示是字元設備還是塊設備?另外每個文件都有兩個設備號，第一個是主設備號，標識驅動程序，第二個是從設備號，標識使用同一個設備驅動程序的不同的硬體設備，比如有兩個軟盤，就可以用從設備號來區分他們。設備文件的的主設備號必須與設備驅動程序在登記時申請的主設備號一致，否則用戶進程將無法訪問到驅動程序。
最後必須提到的是，在用戶進程調用驅動程序時，系統進入核心態，這時不再是搶先式調度。也就是說，系統必須在你的驅動程序的子函數返回後才能進行其他的工作。如果你的驅動程序陷入死循環，不幸的是你只有重新啟動機器了，然後就是漫長的fsck。
二、實例剖析
我們來寫一個最簡單的字元設備驅動程序。雖然它什麼也不做，但是通過它可以了解Linux的設備驅動程序的工作原理。把下面的C代碼輸入機器，你就會獲得一個真正的設備驅動程序。
由於用戶進程是通過設備文件同硬體打交道，對設備文件的操作方式不外乎就是一些系統調用，如 open，read，write，close…， 注意，不是fopen， fread，但是如何把系統調用和驅動程序關聯起來呢?這需要了解一個非常關鍵的數據結構：
STruct file_operatiONs {
int (*seek) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);
int (*read) (struct inode * ，struct file *， char ，int);
int (*write) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);
int (*readdir) (struct inode * ，struct file *， struct dirent * ，int);
int (*select) (struct inode * ，struct file *， int ，select_table *);
int (*ioctl) (struct inode * ，struct file *， unsined int ，unsigned long);
int (*mmap) (struct inode * ，struct file *， struct vm_area_struct *);
int (*open) (struct inode * ，struct file *);
int (*release) (struct inode * ，struct file *);
int (*fsync) (struct inode * ，struct file *);
int (*fasync) (struct inode * ，struct file *，int);
int (*check_media_change) (struct inode * ，struct file *);
int (*revalidate) (dev_t dev);
}
這個結構的每一個成員的名字都對應著一個系統調用。用戶進程利用系統調用在對設備文件進行諸如read/write操作時，系統調用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅動程序，然後讀取這個數據結構相應的函數指針，接著把控制權交給該函數。這是linux的設備驅動程序工作的基本原理。既然是這樣，則編寫設備驅動程序的主要工作就是編寫子函數，並填充file_operations的各個域。
下面就開始寫子程序。
#include <linux/types.h> 基本的類型定義
#include <linux/fs.h> 文件系統使用相關的頭文件
#include <linux/mm.h>
#include <linux/errno.h>
#include <asm/segment.h>
unsigned int test_major = 0;
static int read_test(struct inode *inode，struct file *file，char *buf，int count)
{
int left; 用戶空間和內核空間
if (verify_area(VERIFY_WRITE，buf，count) == -EFAULT )
return -EFAULT;
for(left = count ; left > 0 ; left--)
{
__put_user(1，buf，1);
buf++;
}
return count;
}
這個函數是為read調用准備的。當調用read時，read_test()被調用，它把用戶的緩沖區全部寫1。buf 是read調用的一個參數。它是用戶進程空間的一個地址。但是在read_test被調用時，系統進入核心態。所以不能使用buf這個地址，必須用__put_user()，這是kernel提供的一個函數，用於向用戶傳送數據。另外還有很多類似功能的函數。請參考，在向用戶空間拷貝數據之前，必須驗證buf是否可用。這就用到函數verify_area。為了驗證BUF是否可以用。
static int write_test(struct inode *inode，struct file *file，const char *buf，int count)
{
return count;
}
static int open_test(struct inode *inode，struct file *file )
{
MOD_INC_USE_COUNT; 模塊計數加以，表示當前內核有個設備載入內核當中去
return 0;
}
static void release_test(struct inode *inode，struct file *file )
{
MOD_DEC_USE_COUNT;
}
這幾個函數都是空操作。實際調用發生時什麼也不做，他們僅僅為下面的結構提供函數指針。
struct file_operations test_fops = {?
read_test，
write_test，
open_test，
release_test，
};
設備驅動程序的主體可以說是寫好了。現在要把驅動程序嵌入內核。驅動程序可以按照兩種方式編譯。一種是編譯進kernel，另一種是編譯成模塊(moles)，如果編譯進內核的話，會增加內核的大小，還要改動內核的源文件，而且不能動態的卸載，不利於調試，所以推薦使用模塊方式。
int init_mole(void)
{
int result;
result = register_chrdev(0， "test"， &test_fops); 對設備操作的整個介面
if (result < 0) {
printk(KERN_INFO "test: can't get major number\n");
return result;
}
if (test_major == 0) test_major = result; /* dynamic */
return 0;
}
在用insmod命令將編譯好的模塊調入內存時，init_mole 函數被調用。在這里，init_mole只做了一件事，就是向系統的字元設備表登記了一個字元設備。register_chrdev需要三個參數，參數一是希望獲得的設備號，如果是零的話，系統將選擇一個沒有被佔用的設備號返回。參數二是設備文件名，參數三用來登記驅動程序實際執行操作的函數的指針。
如果登記成功，返回設備的主設備號，不成功，返回一個負值。
void cleanup_mole(void)
{
unregister_chrdev(test_major，"test");
}
在用rmmod卸載模塊時，cleanup_mole函數被調用，它釋放字元設備test在系統字元設備表中佔有的表項。
一個極其簡單的字元設備可以說寫好了，文件名就叫test.c吧。
下面編譯 :
$ gcc -O2 -DMODULE -D__KERNEL__ -c test.c –c表示輸出制定名，自動生成.o文件
得到文件test.o就是一個設備驅動程序。
如果設備驅動程序有多個文件，把每個文件按上面的命令行編譯，然後
ld ?-r ?file1.o ?file2.o ?-o ?molename。
驅動程序已經編譯好了，現在把它安裝到系統中去。
$ insmod ?–f ?test.o
如果安裝成功，在/proc/devices文件中就可以看到設備test，並可以看到它的主設備號。要卸載的話，運行 :
$ rmmod test
下一步要創建設備文件。
mknod /dev/test c major minor
c 是指字元設備，major是主設備號，就是在/proc/devices里看到的。
用shell命令
$ cat /proc/devices
就可以獲得主設備號，可以把上面的命令行加入你的shell script中去。
minor是從設備號，設置成0就可以了。
我們現在可以通過設備文件來訪問我們的驅動程序。寫一個小小的測試程序。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
main()
{
int testdev;
int i;
char buf[10];
testdev = open("/dev/test"，O_RDWR);
if ( testdev == -1 )
{
printf("Cann't open file \n");
exit(0);
}
read(testdev，buf，10);
for (i = 0; i < 10;i++)
printf("%d\n"，buf[i]);
close(testdev);
}
編譯運行，看看是不是列印出全1
以上只是一個簡單的演示。真正實用的驅動程序要復雜的多，要處理如中斷，DMA，I/O port等問題。這些才是真正的難點。上述給出了一個簡單的字元設備驅動編寫的框架和原理，更為復雜的編寫需要去認真研究LINUX內核的運行機制和具體的設備運行的機制等等。希望大家好好掌握LINUX設備驅動程序編寫的方法。