copy_to_user与mmap的工作原理

copy_to_user在每次拷贝时需要检测指针的合法性,也就是用户空间的指针所指向的地址的确是一段该进程本身的地址,而不是指向了不属于它的地方,而且每次都会拷贝一次数据,频繁访问内存,由于虚拟地址连续,物理地址不一定会连续,从而造成CPU的CACHE频繁失效,从而使速度降低
mmap仅在第一次使用时为进程建立页表,也就是将一段物理地址映射到一段虚拟地址上,以后操作时不再检测其地址的合法性(合法性交由CPU页保护异常来做),另一方面是内核下直接操作mmap地址,可以不用频繁拷贝,也就是说在内核下直接可用指针向该地址操作,而不再在内核中专门开一个缓冲区,然后将缓冲区中的数据拷贝一次进来,mmap一般是将一段连续的物理地址映射成一段虚拟地址,当然,也可以将每段连续,但各段不连续的物理地址映射成一段连续的虚拟地址,无论如何,其物理地址在每段之中是连续的,这样一来,就不会造成CPU的CACHE频繁失效,从而大大节约时间。

 

access_ok(VERIFY_WRITE, to, n)

它是用来检查参数中一个指向用户空间数据块的指针是否有效,如果有效返回非零,否则返回零。

 

 

参数to的时候有个__user限定,这个在~/include/linux/compiler.h中有如下定义:

# define __user __attribute__((noderef, address_space(1)))

表示这是一个用户空间的地址,即其指向的为用户空间的内存

 

__attribute__是gnu c编译器的一个功能,它用来让开发者使用此功能给所声明的函数或者变量附加一个属性,以方便编译器进行错误检查,其实就是一个内核检查器。

 

if (udata) { struct virtio_rdma_create_qp_uresp uresp = {}; struct virtio_rdma_ucontext *uctx = rdma_udata_to_drv_context(udata, struct virtio_rdma_ucontext, ibucontext); uint32_t per_size; per_size = sizeof(struct virtio_rdma_cmd_post_send) + sizeof(struct virtio_rdma_sge) * attr->cap.max_send_sge; vqp->usq_buf_size = PAGE_ALIGN(per_size * attr->cap.max_send_wr); vqp->usq_buf = virtio_rdma_init_mmap_entry(vdev, vqp->sq->vq, &vqp->sq_entry, vqp->usq_buf_size, uctx, &uresp.sq_size, &uresp.svq_used_off, &uresp.svq_size, &vqp->usq_dma_addr); if (!vqp->usq_buf) goto out_err; per_size = sizeof(struct virtio_rdma_cmd_post_recv) + sizeof(struct virtio_rdma_sge) * attr->cap.max_recv_sge; vqp->urq_buf_size = PAGE_ALIGN(per_size * attr->cap.max_recv_wr); vqp->urq_buf = virtio_rdma_init_mmap_entry(vdev, vqp->rq->vq, &vqp->rq_entry, vqp->urq_buf_size, uctx, &uresp.rq_size, &uresp.rvq_used_off, &uresp.rvq_size, &vqp->urq_dma_addr); if (!vqp->urq_buf) { // TODO: pop sq entry dma_free_coherent(vdev->vdev->dev.parent, vqp->usq_buf_size, vqp->usq_buf, vqp->usq_dma_addr); goto out_err; } uresp.sq_offset = rdma_user_mmap_get_offset(&vqp->sq_entry->rdma_entry); uresp.sq_phys_addr = vqp->usq_dma_addr; uresp.num_sqe = attr->cap.max_send_wr; uresp.num_svqe = virtqueue_get_vring_size(vqp->sq->vq); uresp.sq_idx = vqp->sq->vq->index; uresp.rq_offset = rdma_user_mmap_get_offset(&vqp->rq_entry->rdma_entry); uresp.rq_phys_addr = vqp->urq_dma_addr; uresp.num_rqe = attr->cap.max_recv_wr; uresp.num_rvqe = virtqueue_get_vring_size(vqp->rq->vq); uresp.rq_idx = vqp->rq->vq->index; uresp.notifier_size = vdev->fast_doorbell ? PAGE_SIZE : 0; uresp.qpn = vqp->qp_handle; if (udata->outlen < sizeof(uresp)) { rc = -EINVAL; goto out_err_u; } rc = ib_copy_to_udata(udata, &uresp, sizeof(uresp)); if (rc) goto out_err_u; } pr_info("%s: qpn 0x%x wq %d rq %d\n", __func__, rsp->qpn, vqp->sq->vq->index, vqp->rq->vq->index); // ret = &vqp->ibqp; ret = 0; goto out; out_err_u: dma_free_coherent(vdev->vdev->dev.parent, vqp->usq_buf_size, vqp->usq_buf, vqp->usq_dma_addr); dma_free_coherent(vdev->vdev->dev.parent, vqp->urq_buf_size, vqp->urq_buf, vqp->urq_dma_addr); rdma_user_mmap_entry_remove(&vqp->sq_entry->rdma_entry); rdma_user_mmap_entry_remove(&vqp->rq_entry->rdma_entry); out_err: kfree(vqp); out: kfree(rsp); kfree(cmd); return ret; }
03-29
<think>嗯,用户给了一段内核代码,看起来是关于虚拟化RDMA(远程直接内存访问)驱动中创建队列对(QP)的处理逻辑。我得先理清楚这段代码的结构功能。 首先,代码块的条件是if (udata),这说明用户空间提供了数据,需要处理用户态相关的资源分配。里面定义了一个uresp结构体,用于存储用户空间的响应信息。然后通过rdma_udata_to_drv_context获取用户上下文uctx,这可能RDMA设备的用户态上下文相关。 接下来,计算每个发送队列(SQ)接收队列(RQ)条目的大小per_size。对于发送队列,per_size是post_send命令结构体的大小加上SGE(分散/聚集条目)的数量乘以每个SGE的大小。然后使用PAGE_ALIGN对齐缓冲区大小,确保其按页对齐,这可能内存映射有关。接着调用virtio_rdma_init_mmap_entry初始化mmap入口,分配内存并映射到用户空间。如果分配失败,跳转到错误处理。 同样的逻辑处理接收队列,计算urq_buf_size,初始化接收队列的mmap。如果失败,需要释放之前分配的发送队列资源,然后跳转错误处理。这里有一个TODO注释,提示可能需要处理发送队列条目的弹出,但目前还没实现。 之后设置uresp的各个字段,包括偏移量、物理地址、队列大小索引等。然后检查用户提供的缓冲区是否足够大,如果不够返回错误。接着通过ib_copy_to_udata将uresp复制回用户空间,如果出错同样跳转错误处理。 错误处理部分out_err_uout_err负责释放已分配的DMA内存、移除mmap条目,并释放相关资源。最后返回ret。 用户可能想了解这段代码的作用,或者遇到问题需要调试。可能的问题包括资源分配失败、内存泄漏、用户空间数据复制错误等。需要关注错误路径的处理是否正确,比如在接收队列分配失败时是否回滚发送队列的资源,是否所有错误分支都正确释放了内存条目。 另外,代码中使用了DMA内存分配、virtqueue的操作,以及RDMA的用户态mmap机制,需要这些子系统的基础知识才能深入理解。如果用户是在开发或调试类似驱动,可能需要检查硬件兼容性、内存分配大小是否正确,或者是否有竞争条件导致资源泄漏。</think>这段代码是Linux内核中虚拟化RDMA(Remote Direct Memory Access)驱动的一部分,主要用于创建队列对(Queue Pair, QP)的用户态资源初始化。以下是逐步分析: --- ### **代码功能概述** 当用户态调用`ibv_create_qp`创建QP时,内核通过`udata`获取用户态参数并初始化相关资源。这段代码主要处理: 1. **用户态内存映射**:为发送队列(SQ)接收队列(RQ)分配DMA内存。 2. **用户态响应数据填充**:将队列的物理地址、大小、索引等信息返回用户态。 3. **错误处理**:资源分配失败时的回滚操作。 --- ### **关键步骤解析** #### **1. 用户态上下文获取** ```c struct virtio_rdma_ucontext *uctx = rdma_udata_to_drv_context(udata, ...); ``` - 通过`udata`获取用户态上下文`uctx`,用于后续内存映射操作。 --- #### **2. 发送队列(SQ)初始化** - **计算单条目大小**: ```c per_size = sizeof(struct virtio_rdma_cmd_post_send) + sizeof(struct virtio_rdma_sge) * attr->cap.max_send_sge; ``` 每个发送请求包含命令头(`post_send`)多个分散/聚集条目(SGE)。 - **分配对齐的内存**: ```c vqp->usq_buf_size = PAGE_ALIGN(per_size * attr->cap.max_send_wr); vqp->usq_buf = virtio_rdma_init_mmap_entry(...); ``` 使用`PAGE_ALIGN`确保内存按页对齐,并通过`virtio_rdma_init_mmap_entry`初始化用户态可访问的mmap条目。 --- #### **3. 接收队列(RQ)初始化** - 逻辑SQ类似,但使用`post_recv`命令结构体: ```c per_size = sizeof(struct virtio_rdma_cmd_post_recv) + sizeof(struct virtio_rdma_sge) * attr->cap.max_recv_sge; ``` --- #### **4. 填充用户态响应(`uresp`)** ```c uresp.sq_offset = rdma_user_mmap_get_offset(...); uresp.sq_phys_addr = vqp->usq_dma_addr; uresp.num_sqe = attr->cap.max_send_wr; ``` - 将SQ/RQ的物理地址(`usq_dma_addr`)、偏移量(`sq_offset`)、队列容量(`num_sqe`)等信息写入`uresp`。 - 通过`ib_copy_to_udata`将`uresp`复制到用户态。 --- #### **5. 错误处理** - **资源释放**: ```c dma_free_coherent(...); // 释放DMA内存 rdma_user_mmap_entry_remove(...); // 移除mmap条目 kfree(vqp); // 释放QP结构体 ``` - 若SQ或RQ初始化失败,需回滚已分配的资源(如DMA内存、mmap条目)。 --- ### **关键数据结构** - **`virtio_rdma_create_qp_uresp`**:用户态响应结构体,包含SQ/RQ的物理地址、大小、索引等信息。 - **`virtio_rdma_ucontext`**:用户态上下文,关联驱动用户态的内存映射。 - **`virtio_rdma_cmd_post_send/recv`**:描述RDMA操作的命令结构体。 --- ### **潜在问题注意事项** 1. **内存对齐**:`PAGE_ALIGN`确保内存按页对齐,避免跨页访问问题。 2. **用户态缓冲区大小检查**: ```c if (udata->outlen < sizeof(uresp)) { ... } ``` 防止用户态提供的缓冲区过小导致数据截断。 3. **错误回滚**:RQ初始化失败时需释放SQ资源(但当前代码注释`TODO: pop sq entry`提示可能存在未完全处理的回滚逻辑)。 --- ### **总结** 这段代码是虚拟化RDMA驱动中QP创建的核心逻辑,通过DMAmmap机制实现用户态内核态的高效数据交互。重点在于资源分配、内存映射错误处理的正确性。
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