给一个Linux向一个page写内容的c代码demo

以下是一个在 Linux 中使用 C 语言向内存页写入内容的示例代码。该程序通过 mmap 分配一个内存页，向其中写入数据，并演示基本操作：

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main() {
    // 获取系统内存页大小（通常为4096字节）
    long page_size = sysconf(_SC_PAGESIZE);
    if (page_size == -1) {
        perror("sysconf() failed");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    // 使用 mmap 分配一个可读写内存页（匿名映射，不关联文件）
    void *page = mmap(
        NULL,                   // 由系统选择地址
        page_size,             // 分配一页大小
        PROT_READ | PROT_WRITE, // 可读可写
        MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, // 匿名映射，私有区域
        -1,                    // 文件描述符（此处无文件）
        0                       // 偏移量
    );

    if (page == MAP_FAILED) {
        perror("mmap() failed");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    printf("成功分配内存页，地址: %p\n", page);

    // 写入内容到内存页
    const char *message = "Hello, Linux Page!";
    size_t msg_len = strlen(message) + 1; // 包含终止符

    // 确保不超过页大小
    if (msg_len > page_size) {
        fprintf(stderr, "消息过长，超出页大小\n");
        munmap(page, page_size);
        return EXIT_FAILURE;
    }

    memcpy(page, message, msg_len); // 将消息复制到内存页

    // 验证写入的内容
    printf("内存页内容: %s\n", (char *)page);

    // 可选：填充整个页（例如用'A'填充）
    // memset(page, 'A', page_size);

    // 释放内存页
    if (munmap(page, page_size) == -1) {
        perror("munmap() failed");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    return EXIT_SUCCESS;
}

关键步骤说明：

  1. 获取页大小：使用 sysconf(_SC_PAGESIZE) 动态获取系统内存页大小（通常为 4096 字节）。
  2. 内存映射：通过 mmap 分配匿名内存页，设置 PROT_READ | PROT_WRITE 权限允许读写，MAP_ANONYMOUS 表示不关联文件。
  3. 写入数据：使用 memcpy 将字符串复制到内存页，确保不超过页大小。
  4. 释放内存：使用 munmap 释放映射的内存页。

编译与运行：

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gcc page_write.c -o page_write
./page_write

输出示例：

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成功分配内存页，地址: 0x7f8c5e2e6000
内存页内容: Hello, Linux Page!

注意事项：

  • 匿名映射：此示例使用 MAP_ANONYMOUS，内存页不关联到文件，仅存在于进程内存中。
  • 错误处理：检查 mmap 返回值是否为 MAP_FAILED，并处理可能的错误（如内存不足）。
  • 页大小适配：代码动态获取页大小，确保在不同系统上兼容。
  • 内存安全：写入数据时需确保不越界，避免内存损坏。

如需操作文件映射页，可修改 mmap 参数，传入文件描述符并移除 MAP_ANONYMOUS 标志。

给一个Linux内核态，向page写内容的c代码demo

以下是一个简单的 Linux 内核模块示例，演示在内核态向内存页写入内容的操作：

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#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/string.h>

#define MESSAGE "Hello from Kernel Space!"

static int __init page_writer_init(void)
{
    struct page *page;
    char *virt_addr;

    // 分配一个物理页 (GFP_KERNEL 表示正常分配)
    page = alloc_page(GFP_KERNEL);
    if (!page) {
        pr_err("Failed to allocate page\n");
        return -ENOMEM;
    }

    // 将物理页映射到内核虚拟地址空间
    virt_addr = kmap(page);
    if (!virt_addr) {
        pr_err("Failed to map page\n");
        __free_page(page);
        return -EFAULT;
    }

    // 写入数据到页面
    strncpy(virt_addr, MESSAGE, strlen(MESSAGE) + 1);
    pr_info("Written to page: %s\n", virt_addr);

    // 解除映射
    kunmap(page);

    // 释放页面（实际生产环境可能需要保持页面有效）
    __free_page(page);

    return 0;
}

static void __exit page_writer_exit(void)
{
    pr_info("Module unloaded\n");
}

module_init(page_writer_init);
module_exit(page_writer_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("Kernel page writing demo");

关键点说明：

  1. 内存分配：

    • 使用 alloc_page(GFP_KERNEL) 分配单个物理页
    • GFP_KERNEL 标志允许在需要时触发直接内存回收

  2. 地址映射：

    • kmap() 将物理页映射到内核虚拟地址空间
    • 对于高端内存（32位系统），可能需要特殊处理
    • 使用后必须用 kunmap() 解除映射

  3. 数据写入：

    • 使用内核的 strncpy 进行安全拷贝
    • 写入长度不应超过 PAGE_SIZE (通常4096字节)

  4. 资源释放：

    • 必须显式释放分配的页面
    • 实际驱动中可能需要保持页面长期有效

编译与测试：

  1. 创建 Makefile：

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    obj-m += page_writer.o
    all:
        make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
    clean:
        make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

  2. 编译和加载模块：

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    make
    sudo insmod page_writer.ko
    dmesg | tail  # 查看输出
    sudo rmmod page_writer

输出示例：

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[ 1234.567890] Written to page: Hello from Kernel Space!
[ 1234.567891] Module unloaded

注意事项：

  1. 内存管理：

    • 内核态没有自动内存回收机制
    • 必须严格配对 alloc_page/__free_page 和 kmap/kunmap

  2. 并发安全：

    • 在多核环境下需考虑锁机制（如 spin_lock）
    • 本示例未包含同步机制，实际使用时需根据场景添加

  3. 地址类型：

    • 物理地址使用 page_to_phys(page) 转换
    • 虚拟地址映射后的有效性仅限于当前上下文

  4. 错误处理：

    • 必须检查所有可能失败的操作
    • 使用 pr_err 输出错误信息到系统日志

该代码展示了内核态内存操作的基本模式，实际使用时需要根据具体需求添加同步机制、错误恢复等功能。对于高性能场景，可能需要使用 kmap_atomic 等原子映射方法。