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FreeBSD kernel 笔记（5）——分配内存

FreeBSD kernel编程分配内存可以参考这两篇文档：MALLOC(9)和CONTIGMALLOC(9)。需要注意以下几点：

（1）在中断上下文中使用malloc系列分配内存函数时，要使用M_NOWAIT标记；

（2）contigmalloc有一个boundary参数：

If the given value “boundary” is non-zero, then the set of physical pages cannot cross any physical address boundary that is a multiple of that value.

举个例子，如果boundary设置为1M，则实际分配的物理内存页面可以位于0~1M，1M~2M，而不能位于1.9M~2.1M。

FreeBSD kernel 笔记（4）——UIO

UIO相关的结构体和函数定义：

 #include <sys/types.h>
 #include <sys/uio.h>

 struct uio {
     struct  iovec *uio_iov;         /* scatter/gather list */
     int     uio_iovcnt;         /* length of scatter/gather list */
     off_t   uio_offset;         /* offset in target object */
     ssize_t uio_resid;          /* remaining bytes to copy */
     enum    uio_seg uio_segflg;     /* address space */
     enum    uio_rw uio_rw;      /* operation */
     struct  thread *uio_td;         /* owner */
 };

 int
 uiomove(void *buf, int howmuch, struct uio *uiop);

 int
 uiomove_nofault(void *buf, int howmuch, struct uio *uiop);

关于uio结构体需要注意的是：如果uio_iovcnt不为1，可以把uio_iov所指向的struct iovec看成一个连接起来的大buffer。uio_offset指向这个buffer的offest，而uio_resid表明还有多少字节需要copy。在执行read操作时，uio_offset表明已经填充的buffer大小，而uio_resid表明buffer剩余的空间。可以参考这个程序。

uiomove和uiomove_nofault本质上调用的都是uiomove_faultflag函数：

static int
uiomove_faultflag(void *cp, int n, struct uio *uio, int nofault)
{
    struct thread *td;
    struct iovec *iov;
    size_t cnt;
    int error, newflags, save;

    td = curthread;
    error = 0;

    KASSERT(uio->uio_rw == UIO_READ || uio->uio_rw == UIO_WRITE,
    ("uiomove: mode"));
    KASSERT(uio->uio_segflg != UIO_USERSPACE || uio->uio_td == td,
    ("uiomove proc"));
    if (!nofault)
        WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
        "Calling uiomove()");

    /* XXX does it make a sense to set TDP_DEADLKTREAT for UIO_SYSSPACE ? */
    newflags = TDP_DEADLKTREAT;
    if (uio->uio_segflg == UIO_USERSPACE && nofault) {
        /*
         * Fail if a non-spurious page fault occurs.
         */
        newflags |= TDP_NOFAULTING | TDP_RESETSPUR;
    }
    save = curthread_pflags_set(newflags);

    while (n > 0 && uio->uio_resid) {
        iov = uio->uio_iov;
        cnt = iov->iov_len;
        if (cnt == 0) {
            uio->uio_iov++;
            uio->uio_iovcnt--;
            continue;
        }
        if (cnt > n)
            cnt = n;

        switch (uio->uio_segflg) {

        case UIO_USERSPACE:
            maybe_yield();
            if (uio->uio_rw == UIO_READ)
                error = copyout(cp, iov->iov_base, cnt);
            else
                error = copyin(iov->iov_base, cp, cnt);
            if (error)
                goto out;
            break;

        case UIO_SYSSPACE:
            if (uio->uio_rw == UIO_READ)
                bcopy(cp, iov->iov_base, cnt);
            else
                bcopy(iov->iov_base, cp, cnt);
            break;
        case UIO_NOCOPY:
            break;
        }
        iov->iov_base = (char *)iov->iov_base + cnt;
        iov->iov_len -= cnt;
        uio->uio_resid -= cnt;
        uio->uio_offset += cnt;
        cp = (char *)cp + cnt;
        n -= cnt;
    }
out:
    curthread_pflags_restore(save);
    return (error);
}

可以看到这个函数会对传入的uio结构体的内容进行修改。

关于uiomove_nofault()函数，参考如下定义：

The function uiomovenofault() requires that the buffer and I/O vectors be accessible without incurring a page fault. The source and destination addresses must be physically mapped for read and write access, respec- tively, and neither the source nor destination addresses may be pageable. Thus, the function uiomovenofault() can be called from contexts where acquiring virtual memory system locks or sleeping are prohibited.

参考资料：
UIO。

FreeBSD kernel 笔记（3）——设备名字

在使用下列函数

int makedevs(struct makedevargs *args, struct cdev **cdev, const char *fmt, …);

struct cdev * make_dev(struct cdevsw *cdevsw, int unit, uidt uid, gidt gid, int perms, const char *fmt, …);

为设备创建cdev结构体时，fmt用来指定设备的名字：

The name is the expansion of fmt and following arguments as printf(9) would print it. The name determines its path under /dev or other devfs(5) mount point and may contain slash `/’ char- acters to denote subdirectories.

也就是/dev下面节点的名字。

cdevsw结构体中的d_name指定的是driver的名字：

struct cdevsw {
    ......
    const char      *d_name;
    ......
}

一个driver可以用来操作多个设备。

参考资料：
MAKE_DEV。

FreeBSD kernel 笔记（2）——“preparing a device”和“preparing a device for I/O”

“preparing (or initializing) a device”通常发生在加载设备驱动模块时，举例如下：

static int hello_modevent(module_t mod __unused, int /* modeventtype_t */ event, void *arg __unused)
{
    ......
    switch (event) 
    {
        case MOD_LOAD:
        {
            make_dev_args_init(&args);
            args.mda_devsw = &hello_cdevsw;
            args.mda_uid = UID_ROOT;
            args.mda_gid = GID_WHEEL;
            args.mda_mode = 0600;
            uprintf("Hello is loaded:%d\n", make_dev_s(&args, &hello_dev, "hello"));
            break;
        }
        ......
    }
    return error;
}

“preparing a device for I/O”则是发生在open这个设备时，比如cdevsw结构体的d_open函数：

struct cdevsw {
    ......
    d_open_t        *d_open;  
    ......
}

FreeBSD中的sysctl函数

FreeBSD中sysctl家族的函数定义：

#include <sys/types.h>
 #include <sys/sysctl.h>

 int
 sysctl(const int *name, u_int namelen, void *oldp, size_t *oldlenp,
 const void *newp, size_t newlen);

 int
 sysctlbyname(const char *name, void *oldp, size_t *oldlenp,
 const void *newp, size_t newlen);

 int
 sysctlnametomib(const char *name, int *mibp, size_t *sizep);

在sysctl函数参数中，name和namelen用来表明内核参数ID；oldp和oldlenp用来存储当前内核参数的值；而newp和newlen则用来设置新的内核参数值。如果不需要的话，可以把相应的值置成NULL。
看一下sysctlbyname的实现：

int
sysctlbyname(const char *name, void *oldp, size_t *oldlenp,
    const void *newp, size_t newlen)
{
    int real_oid[CTL_MAXNAME+2];
    size_t oidlen;

    oidlen = sizeof(real_oid) / sizeof(int);
    if (sysctlnametomib(name, real_oid, &oidlen) < 0)
        return (-1);
    return (sysctl(real_oid, oidlen, oldp, oldlenp, newp, newlen));
}

可以看到，sysctlbyname首先通过sysctlnametomib获得真正的ID，接着调用sysctl完成想要的工作。

参考资料：
SYSCTL(3)；
Grokking SYSCTL and the Art of Smashing Kernel Variables。