struct vm_area_struct {struct mm_struct * vm_mm;/* The address space we belong to. */unsigned long vm_start;/* Our start address within vm_mm. */unsigned long vm_end;/* The first byte after our end address   within vm_mm. */ /* linked list of VM areas per task, sorted by address */struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev; pgprot_t vm_page_prot;/* Access permissions of this VMA. */unsigned long vm_flags;/* Flags, see mm.h. */ struct rb_node vm_rb; /* * For areas with an address space and backing store, * linkage into the address_space->i_mmap prio tree, or * linkage to the list of like vmas hanging off its node, or * linkage of vma in the address_space->i_mmap_nonlinear list. */union {struct {struct list_head list;void *parent;/* aligns with prio_tree_node parent */struct vm_area_struct *head;} vm_set; struct raw_prio_tree_node prio_tree_node;} shared; /* * A file's MAP_PRIVATE vma can be in both i_mmap tree and anon_vma * list, after a COW of one of the file pages.A MAP_SHARED vma * can only be in the i_mmap tree.  An anonymous MAP_PRIVATE, stack * or brk vma (with NULL file) can only be in an anon_vma list. */struct list_head anon_vma_chain; /* Serialized by mmap_sem &  * page_table_lock */struct anon_vma *anon_vma;/* Serialized by page_table_lock */ /* Function pointers to deal with this struct. */const struct vm_operations_struct *vm_ops; /* Information about our backing store: */unsigned long vm_pgoff;/* Offset (within vm_file) in PAGE_SIZE   units, *not* PAGE_CACHE_SIZE */struct file * vm_file;/* File we map to (can be NULL). */void * vm_private_data;/* was vm_pte (shared mem) */unsigned long vm_truncate_count;/* truncate_count or restart_addr */ #ifndef CONFIG_MMUstruct vm_region *vm_region;/* NOMMU mapping region */#endif#ifdef CONFIG_NUMAstruct mempolicy *vm_policy;/* NUMA policy for the VMA */#endif};

  int (*mmap)(struct file *,struct vm_area_struct *);

(1) 使用remap_pfn_range一次建立所有页表.

   int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long virt_addr, unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t prot); 

返回值:

参数说明:

vm_page_prot 中找到的值.

(2) 使用nopage VMA方法每次建立一个页表项.

   struct page *(*nopage)(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address, int *type);

返回值:

成功则返回一个有效映射页,失败返回NULL.

参数说明:

address 代表从用户空间传过来的用户空间虚拟地址.返回一个有效映射页.

(3) 使用方面的限制：

remap_pfn_range不能映射常规内存，只存取保留页和在物理内存顶之上的物理地址。因为保留页和在物理内存顶之上的物理地址内存管理系统的各个子模块管理不到。640 KB 和 1MB 是保留页可能映射，设备I/O内存也可以映射。如果想把kmalloc()申请的内存映射到用户空间，则可以通过mem_map_reserve()把相应的内存设置为保留后就可以。

(4) remap_pfn_range与nopage的区别

remap_pfn_range一次性建立页表,而nopage通过缺页中断找到内核虚拟地址，然后通过内核虚拟地址找到对应的物理页remap_pfn_range函数只对保留页和物理内存之外的物理地址映射，而对常规RAM，remap_pfn_range函数不能映射，而nopage函数可以映射常规的RAM。3 当实际访问新映射的页面时的操作(由缺页中断完成)

page cache及swap cache中页面的区分：一个被访问文件的物理页面都驻留在page cache或swap cache中，一个页面的所有信息由struct page来描述。struct page中有一个域为指针mapping ，它指向一个struct address_space类型结构。page cache或swap cache中的所有页面就是根据address_space结构以及一个偏移量来区分的。文件与 address_space结构的对应：一个具体的文件在打开后，内核会在内存中为之建立一个struct inode结构，其中的i_mapping域指向一个address_space结构。这样，一个文件就对应一个address_space结构，一个 address_space与一个偏移量能够确定一个page cache 或swap cache中的一个页面。因此，当要寻址某个数据时，很容易根据给定的文件及数据在文件内的偏移量而找到相应的页面。进程调用mmap()时，只是在进程空间内新增了一块相应大小的缓冲区，并设置了相应的访问标识，但并没有建立进程空间到物理页面的映射。因此，第一次访问该空间时，会引发一个缺页异常。对于共享内存映射情况，缺页异常处理程序首先在swap cache中寻找目标页（符合address_space以及偏移量的物理页），如果找到，则直接返回地址；如果没有找到，则判断该页是否在交换区 (swap area)，如果在，则执行一个换入操作；如果上述两种情况都不满足，处理程序将分配新的物理页面，并把它插入到page cache中。进程最终将更新进程页表。所有进程在映射同一个共享内存区域时，情况都一样，在建立线性地址与物理地址之间的映射之后，不论进程各自的返回地址如何，实际访问的必然是同一个共享内存区域对应的物理页面。注：对于映射普通文件情况（非共享映射），缺页异常处理程序首先会在page cache中根据address_space以及数据偏移量寻找相应的页面。如果没有找到，则说明文件数据还没有读入内存，处理程序会从磁盘读入相应的页面，并返回相应地址，同时，进程页表也会更新.

四 总结对于mmap的内存映射，是将物理内存映射到进程的虚拟地址空间中去，那么进程对文件的访问就相当于直接对内存的访问，从而加快了读写操作的效率。在这里，remap_pfn_range函数是一次性的建立页表，而nopage函数是根据page fault产生的进程虚拟地址去找到内核相对应的逻辑地址，再通过这个逻辑地址去找到page。完成映射过程。remap_pfn_range不能对常规内存映射，只能对保留的内存与物理内存之外的进行映射。在这里，要分清几个地址，一个是物理地址，这个很简单，就是物理内存的实际地址。第二个是内核虚拟地址，即内核可以直接访问的地址，如kmalloc,vmalloc等内核函数返回的地址，kmalloc返回的地址也称为内核逻辑地址。内核虚拟地址与实际的物理地址只有一个偏移量。第三个是进程虚拟地址，这个地址处于用户空间。而对于mmap函数映射的是物理地址到进程虚拟地址，而不是把物理地址映射到内核虚拟地址。而ioremap函数是将物理地址映射为内核虚拟地址。用户空间的进程调用mmap函数，首先进行必要的处理，生成vma结构体，然后调用remap_pfn_range函数建立页表。而用户空间的mmap函数返回的是映射到进程地址空间的首地址。所以mmap函数与remap_pfn_range函数是不同的，前者只是生成mmap，而建立页表通过remap_pfn_range函数来完成。