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内存映射 I/O 是否仅由操作系统内部使用，不向 Linux 上的程序员公开和使用？

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内存映射 I/O 是否仅由操作系统内部使用，不向 Linux 上的程序员公开和使用？

在操作系统概念中，内存映射文件和内存映射 I/O 是两个不同的东西。请参阅下文有关内存映射 I/O 的内容。

要使用内存映射文件，我们有mmap().

要使用内存映射I/O，我们可以使用哪些函数？内存映射 I/O 是否仅由操作系统内部使用，不向 Linux 上的程序员公开和使用？

谢谢。

对于 I/O，如第 1.2.1 节所述，每个 I/O 控制器都包含用于保存命令和正在传输的数据的寄存器。通常，特殊的 I/O 指令允许在这些寄存器和系统内存之间进行数据传输。为了更方便地访问 I/O 设备，许多计算机体系结构提供了内存映射 I/O。在这种情况下，存储器地址范围被预留并映射到设备寄存器。对这些内存地址的读取和写入会导致数据传入和传出设备寄存器。此方法适用于响应时间较快的设备，例如视频控制器。在 IBM PC 中，屏幕上的每个位置都映射到一个内存位置。在屏幕上显示文本几乎与将文本写入适当的内存映射位置一样简单。

...

处理器如何向控制器发出命令和数据来完成 I/O 传输？简而言之，控制器具有一个或多个用于数据和控制信号的寄存器。处理器通过读取和写入这些寄存器中的位模式来与控制器进行通信。发生这种通信的一种方式是通过使用特殊的 I/O 指令指定将字节或字传输到 I/O 端口地址。 I/O 指令触发总线线路来选择正确的设备并将位移入或移出设备寄存器。或者，设备控制器可以支持内存映射 I/O。在这种情况下，设备控制寄存器被映射到处理器的地址空间。 CPU 使用标准数据传输指令执行 I/O 请求，以在物理内存中的映射位置读取和写入设备控制寄存器。

答案1

在 Linux 上，MMIO 可以从用户空间mmap使用/dev/mem.例如，X 服务器执行以下操作：

fd = open("/dev/mem", O_RDWR);
if (ioBase == NULL) {
    ioBase = (volatile unsigned char *) mmap(0, 0x20000,
                                             PROT_READ | PROT_WRITE,
                                             MAP_SHARED, fd, ioBase_phys);
}
close(fd);

在某些情况下。但这已经过时了，内核严格控制使用这种类型的访问可以做什么：访问/dev/mem 需要CAP_SYS_RAWIO，现在的发行版内核往往是用STRICT_DEVMEM并IO_STRICT_DEVMEM限制访问通过 /dev/mem内存中的几个范围，要么是 DOSEMU 或 X 所需的，要么映射到设备或未使用的（IE为不由驱动程序处理的设备提供 MMIO）。

答案2

内存映射 I/O 是通过mmap()读取文件的某个区域然后使用映射的数据来完成的。

如果您使用现代操作系统，则操作系统会在内部执行大部分 I/O mmapp：

  • 将文件的一部分映射到临时内核区域

  • copyout()将数据映射到用户地址空间。这会导致文件内容被错误地写入内核的临时内存区域。

  • 取消区域映射

顺便说一句：如果您指的是从用户空间访问硬件，这通常是由 X 服务器完成的，该 X 服务器是mmap()来自图形板的硬件并从用户空间访问它。

在这种情况下，设备寄存器可以作为内存地址进行访问，您只需编写看起来就像在内核内部一样的代码。换句话说：您不使用 read() 或 write()，而只是取消引用指向硬件寄存器地址的指针。

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