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@@ -1,6 +1,335 @@
-# mmap_munmap_clone
-## mmap实现
-参考了1.0源码，定义了新的结构体vmarea_struct，在task_struct添加了对应的变量mmap，并进行了初始化
-在memmory.c中实现了这个函数
-由于测试文件只传了两个参数，剩余的自己进行了定义
+### mmap函数实验
+
+#### 函数的参数介绍：
+
+~~~
+void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
+
+long mmap()
+
+prot 页面的权限标志
+
+flags 页面私有/共享的标志
+
+off :文件的偏移量，从文件的哪一部分开始映射到页面中
+~~~
+
+#### vmarea_struct 结构
+
+因为涉及虚拟地址的管理，所以定义了如下结构：
+
+~~~c
+struct vmarea_struct{
+	unsigned long vm_start;//虚拟地址开始的地址
+	unsigned long vm_end;//虚拟地址结束的地址
+	int mode;//页面权限
+	int flag;//页面是否共享
+	int size;//大小 需要与PAGE_SIZE对齐
+	off_t off;//映射文件的偏移量
+	struct vmarea_struct *next;//下一个vmarea_struct,链表结构比较简便,会牺牲一些速度
+	//struct file *dir;//要映射文件的结构
+	int fd;//映射文件的文件描述符
+
+}; 
+~~~
+
+在task_struct加入该结构
+
+~~~c
+struct task_struct {
+..............
+	struct vmarea_struct *mmap;//映射虚拟地址的链表
+};
+~~~
+
+在INIT_TASK需要进行进行初始化
+
+~~~c
+#define INIT_TASK \
+......
+/*mmap*/	NULL,\
+}
+~~~
+
+
+
+mmap是将文件的一部分内容映射到进程地址空间之中，原理如下图：
+
+![img](https://img-blog.csdnimg.cn/20200423194816652.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4Mjg5ODE1,size_16,color_FFFFFF,t_70)
+
+​	step1:在当前进程的虚拟地址空间中，寻找一段空闲的连续的地址空间(寻址方式)
+
+​	step2:寻找并将空闲页映射到对应的虚拟地址空间之中(get_free_page和put_page），并根据flags判断是否将该页面映射到其他进程对应的虚拟内存中(参考了try_to_page函数的实现)
+
+​	step3:将文件内容写到空闲页之中(参考了sys_read和find_entry的实现)
+
+mmap内存映射的实现过程，总的来说可以分为三个阶段：
+
+***\*(一)进程启动映射过程，并在虚拟地址空间中为映射创建虚拟映射区域\****
+
+1. 进程在用户空间调用库函数mmap，原型：void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
+
+2. 在当前进程的虚拟地址空间中，寻找一段空闲的满足要求的连续的虚拟地址。
+
+3. 为此虚拟区分配一个vm_area_struct结构，接着对这个结构的各个域进行了初始化。
+
+4. 将新建的虚拟区结构（vm_area_struct）插入进程的虚拟地址区域链表。这里采用的链表是最简单的单向链表，会牺牲一些速度，但胜在简便
+
+   注意：寻址方式
+
+   为简便期间并防止进程调用malloc导致的堆生长与 映射的虚拟地址产生冲突，所以从0x2000000开始映射一直到0x4000000
+
+   分配及初始化的代码如下：
+
+   ~~~c
+   if(start==NULL){
+   		//需要由程序分配合适的地址空间
+   		//由于是借助链表实现 所以需要搜索来找到合适的地址进行使用
+   		if(current->mmap==NULL)	buf = 0x2000000;//如果初始化为NULL
+   		if(!buf){
+               struct vmarea_struct *m2 = current->mmap;
+               struct vmarea_struct *m3 = current->mmap->next;
+               for(m3;m3->next;m3 = m3->next){
+                   if(m3->vm_start-m2->vm_end>=size){
+                       buf = m2->vm_end;
+                       break;
+                   }
+                   m2 = m3;
+               }
+               if(!buf)
+                   buf = m3->vm_end;
+           }
+   		
+   }
+   	//初始化
+   	struct vmarea_struct *m1 = (struct vmarea_struct *)malloc(sizeof(struct vmarea_struct));
+   	m1->mode = prot;
+   	m1->flag = flags;
+   	m1->next = NULL;
+   	m1->size = size;
+   	m1->vm_start = buf;
+   	m1->vm_end  = (unsigned long)buf+size;
+   	m1->fd = fd;
+   	
+   	m1->off = off;
+   	if(current->mmap==NULL)	current->mmap = m1;
+   	else{//插到最后一个位置
+   		struct vmarea_struct *m2=current->mmap;
+   		for(m2;m2->next;m2=m2->next)
+   			;
+   		m2->next = m1;
+   	}
+   ~~~
+
+   
+
+
+
+***\*(二)实现文件物理地址和进程虚拟地址的一一映射关系\****
+
+5. 用get_free_page获得空闲页
+
+6. 修改页目录项和页表项的内容使其能够指向空闲页，这片虚拟地址并没有任何数据关联到主存中
+
+   7.
+
+~~~c
+//接下来进行映射等操作
+	//参考了try_to_share的实现
+	unsigned long from;
+	unsigned long to;
+	unsigned long from_page;
+	unsigned long to_page;
+	unsigned long phys_addr;
+	unsigned long page;
+	unsigned long tmp;
+	unsigned long vm_address=m1->vm_start;
+	while(vm_address<m1->vm_end){
+		from_page = to_page = ((vm_address>>20)&0xffc);//逻辑的页目录项偏移
+		from_page +=((current->start_code>>20)&0xffc);//该进程目录项地址 
+		//from处是否存在页目录项 否则进行申请
+		from = *(unsigned long *) from_page;
+		from &=0xfffff000;
+		from_page = from +((vm_address>>10)&0xffc);//页表项指针
+		phys_addr = *(unsigned long *) from_page;//页表项内容
+		if(!(page = get_free_page())){
+			printk("no free page\n");
+			return -1;
+		}
+	/*	phys_addr = page |0x7;
+		mem_map[(page-LOW_MEM)>>12]++;*/
+		/*if(!(*(unsigned long *) from_page & 0x1)){
+			if(page = get_free_page())
+				phys_addr = page |0x7,mem_map[(page-LOW_MEM)>>12]++;
+			else
+				oom();
+		}*/
+		put_page(page,vm_address);
+		//对页面分配权限
+		*(unsigned long *)from_page &= (prot&PROT_WRITE)?0xffffffff:0xfffffffd;
+		//对flags进行处理,重点处理的是MAP_SHARE,私有的话不需要进行多余的处理
+		//需要将所有进程共享同一页面
+		if(flags&MAP_SHARED){
+			struct task_struct ** task;
+			for (task = &LAST_TASK ; task>&FIRST_TASK;--task){
+				if (!*task)
+					continue;
+				else if (current == *task)
+					continue;
+				else if(!try_to_share(vm_address,*task))
+					printk("current pid %d cann't share memory\n",(*task)->pid);
+			}
+			
+		}
+		vm_address += PAGE_SIZE; 
+	}
+~~~
+
+***\*(三)进程实现文件内容到物理内存的拷贝\****
+
+这里采用的实现是在函数内就将文件内容拷贝到物理页面上
+
+为映射分配了新的虚拟地址区域后，通过待映射的文件指针，在文件描述符表中找到对应的文件描述符，通过文件描述符，链接到内核“已打开文件集”中该文件的文件结构体（struct file），每个文件结构体维护着和这个已打开文件相关各项信息。
+
+9.参考find_entry和sys_read函数，读取文件内容，并写到内存空间中
+
+~~~c
+if (!(block = dir->i_zone[0]))
+		return NULL;
+if (!(bh = bread(dir->i_dev,block)))
+		return NULL;
+char *s = (char *) bh->b_data;
+char *p1=(char *)s;
+char *p2=(char *)buf;
+while(len--)
+	put_fs_byte(*(p1++),p2++);
+~~~
+
+### munmap实验
+
+munmap函数的功能是解除内存映射
+
+#### 实现原理及步骤
+
+***\*(一)在当前进程的链表中能够寻找到对应的vmarea_struct,并将之从链表中删除\****
+
+1.从当前进程链表开头寻找，找到为止
+
+
+
+
+
+
+
+***\*(二)根据寻找到的vmarea_struct结构判断页面的权限，如果是有写权限的，需要将页面内容写到对应的文件之中\****
+
+将buf内容写到fd之中的函数，参照了sys_write的实现
+
+~~~c
+int mmap_wirte(int fd,off_t pos,char *buf,int count){
+	struct file * file;
+	struct m_inode * inode;
+	if (fd>=NR_OPEN || count <0 || !(file=current->filp[fd]))
+		return -EINVAL;
+	if (!count)
+		return 0;
+	inode=file->f_inode;
+	file->f_pos = pos;
+	if (inode->i_pipe)
+		return (file->f_mode&2)?write_pipe(inode,buf,count):-EIO;
+	if (S_ISCHR(inode->i_mode))
+		return rw_char(WRITE,inode->i_zone[0],buf,count,&file->f_pos);
+	if (S_ISBLK(inode->i_mode))
+		return block_write(inode->i_zone[0],&file->f_pos,buf,count);
+	if (S_ISREG(inode->i_mode))
+		return file_write(inode,file,buf,count);
+	printk("(Write)inode->i_mode=%06o\n\r",inode->i_mode);
+	return -EINVAL;
+}
+~~~
+
+
+
+
+
+***\*(三)解除虚拟地址对物理页面的映射，需要判断该页面是否是共享的，如果是共享的需要进行改动\****
+
+与mmap的映射相似，只是对页表项的最后一位进行了改动
+
+~~~c
+//取消进程p的共享 与try_share很类似 只是少了几步
+static int cancle_share(unsigned long address, struct task_struct * p)
+{
+	unsigned long from;
+	unsigned long from_page;	
+	unsigned long phys_addr;
+	from_page = ((address>>20) & 0xffc);
+	from_page += ((p->start_code>>20) & 0xffc);
+/* is there a page-directory at from? */
+	from = *(unsigned long *) from_page;
+	from &= 0xfffff000;
+	from_page = from + ((address>>10) & 0xffc);
+	phys_addr = *(unsigned long *) from_page;
+/* is the page clean and present? */
+	phys_addr &= 0xfffff000;
+	if (phys_addr >= HIGH_MEMORY || phys_addr < LOW_MEM)
+		return 0;
+/* share them: write-protect */
+	*(unsigned long *) from_page &= ~1;
+	phys_addr -= LOW_MEM;
+	phys_addr >>= 12;
+	mem_map[phys_addr]--;
+	return 1;
+}
+~~~
+
+### 函数验证
+
+#### mmap
+
+测试文件的函数
+
+测试的思路是，打开一个文件并将该文件映射到内存中，输出对应位置的字符串
+
+~~~c
+void test_mmap(void){
+    char *array;
+    const char *str = "  Hello, mmap success.";
+    int fd;
+	/*打开文件并将文件内容写入到test_mmap.txt中*/
+    fd = open("test_mmap.txt", O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR);
+    write(fd, str, strlen(str));
+    fstat(fd, &kst);
+    printf("file len: %d\n", (int)kst.st_size);
+    //将test_mmap.txt文件映射到内存中，虚拟地址是array
+    array = mmap(NULL, kst.st_size, PROT_WRITE | PROT_READ, MAP_FILE | MAP_SHARED, fd, 0);
+    printf("mmap addr: %x\n", (unsigned int)array);
+
+    if (array == MAP_FAILED) {
+	    printf("mmap error.\n");
+    }else{
+	    printf("mmap content: %s\n", array);
+    	munmap(array, kst.st_size);
+    }
+    close(fd);
+}
+~~~
+
+测试结果如下：可以看到与str对应的字符串相同
+
+
+
+<img src="C:\Users\admin\AppData\Local\Temp\WeChat Files\1e4436d61190e2b3451b91b14af78bd.png" alt="1e4436d61190e2b3451b91b14af78bd" style="zoom:150%;" />
+
+#### munmap
+
+#### clone
+
+### 问题与建议
+
+1.初始化问题
+
+2.
+
+