C中如何获取“mm信号量”？

Question

如果您想在实现 mmap 的自定义内核驱动程序中使用

remap_pfn_range

函数，您知道您必须获取“mm 信号量”。但从我可以找到的公开示例来看，尚不清楚如何做到这一点。我认为编辑可用的示例将使社区受益，我愿意这样做，但我不知道从哪里开始。

根据文档：只有在调用时保持 mm 信号量时才是安全的。

Answer 1

查看实际来源会有所帮助 [for

remap_pfn_range

]。它位于

mm

子目录中，特别是在

mm/memory.c

中

在那里你会看到

struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;

，这就是你想要的

mm

。请注意，这也是[可能]

current->mm

如果您查看更多文件[特别是

mm/mmap.c

]，您将看到

down_write(&mm->mmap_sem)

和

up_write(&mm->mmap_sem)

[它们是内核的信号量原语]。请注意，如果您只需要从该区域读取，则有

down_read

和

up_read

所以，把它们放在一起：

void
myfnc(...)
{
    struct vm_area_struct *vma = ...;
    struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;

    ...

    down_write(&mm->mmap_sem);
    remap_pfn_range(vma,...);
    up_write(&mm->mmap_sem);

    ...
}

除了文档之外，找到这些东西的最好方法之一就是查看源代码本身。我编写 Linux 内核/驱动程序代码已经有 20 多年了，当我需要找到一些我不知道的东西时，我就是这么做的。

Answer 2

首先，我对 Linux 不太了解:)而且我也不知道为什么要找你:)

这是我发现的：

1- mm 指此处 15.1.7 下的内存映射。进程内存映射标题：

内存管理难题的最后一部分是进程内存映射结构，它将所有其他数据结构保存在一起。系统中的每个进程（除了一些内核空间辅助线程之外）都有一个 struct mm_struct （在 中定义），其中包含进程的虚拟内存区域列表、页表和各种其他内存管理内务信息，以及带有信号量（mmap_sem）和自旋锁（page_table_lock）。在任务结构中可以找到指向该结构的指针；在驱动程序需要访问它的极少数情况下，通常的方法是使用 current->mm。注意，内存管理结构可以在进程之间共享；例如，Linux 线程的实现就是以这种方式工作的。

2-

mm_struct

定义为：

struct mm_struct {
    int count;
    pgd_t * pgd;
    unsigned long context;
    unsigned long start_code, end_code, start_data, end_data;
    unsigned long start_brk, brk, start_stack, start_mmap;
    unsigned long arg_start, arg_end, env_start, env_end;
    unsigned long rss, total_vm, locked_vm;
    unsigned long def_flags;
    struct vm_area_struct * mmap;
    struct vm_area_struct * mmap_avl;
    struct semaphore mmap_sem; /**this what you are looking for**/
};

3-最后，这里有锁定和解锁（down_write 和 up_write）mmap_sem 属性的示例。

我必须再次承认，我真的不明白发生了什么事:)不知何故我想找到解决方案。

希望对您有帮助， 戈汗。

Answer 3

补充 Craig 的答案，从 Linux 5.8 开始，VMA 锁更改为

mmap_lock

。您必须执行以下操作：

down_write(&mm->mmap_lock);
remap_pfn_range...
up_write(&mm->mmap_lock);

此外，一套新的API正在开发中： https://elixir.bootlin.com/linux/v5.8.2/source/include/linux/mmap_lock.h

VMA 锁是 Linux 社区中一个有争议的问题： https://lwn.net/Articles/787629/

Answer 4

我在修改cmem_gdb_access/module/cmem.c时发现了这个问题，这是一个实现mmap的自定义内核驱动程序

在从

cmem_mmap

的

mmap

字段引用的

struct file_operations

函数中，尝试在对 remap_pfn_range 的调用周围添加调用以获取

mm 信号量

，如 answer 中所建议：

    vma->vm_ops = &custom_vm_ops;
    down_write(&vma->vm_mm->mmap_sem);
    ret = remap_pfn_range(vma, vma->vm_start,
            vma->vm_pgoff,
            sz, vma->vm_page_prot);
    up_write(&vma->vm_mm->mmap_sem);

但是，添加

down_write

和

up_write

调用后，尝试对驱动程序执行

mmap

调用会导致用户进程调用者挂起，并出现以下回溯：

$ sudo cat /proc/2932/stack 
[<0>] rwsem_down_write_slowpath+0x38d/0x560
[<0>] cmem_mmap+0x73/0xa6 [cmem_dev]
[<0>] mmap_region+0x3e3/0x640
[<0>] do_mmap+0x34b/0x540
[<0>] vm_mmap_pgoff+0xd4/0x120
[<0>] ksys_mmap_pgoff+0x1bc/0x270
[<0>] do_syscall_64+0x5b/0x1b0
[<0>] entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x61/0xc6

上面的挂起是在 AmlaLinux 8.9 的

4.18.0-513.18.1.el8_9.x86_64

内核中。

浏览 v4.18 源码并查看回溯中的函数：

1. do_mmap有评论：

   /*
    * The caller must hold down_write(&current->mm->mmap_sem).
    */
   

2. vm_mmap_pgoff 获取对

   do_mmap_pgoff

   调用周围的 mm 信号量：

        if (down_write_killable(&mm->mmap_sem))
            return -EINTR;
        ret = do_mmap_pgoff(file, addr, len, prot, flag, pgoff,
                    &populate, &uf);
        up_write(&mm->mmap_sem);
   

   do_mmap_pgoff是一个静态内联函数，它调用

   do_mmap

   ，这解释了为什么

   do_mmap_pgoff

   不出现在回溯中。

上面的意思是，在 v18.0 内核中，当调用自定义内核驱动程序

mmap

函数时，mm 信号量已经被持有。这样一来，就不需要在驱动

mmap

函数内部获取mm信号量了。