Documentation/nommu-mmap.txt

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   2                          NO-MMU MEMORY MAPPING SUPPORT
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   5 The kernel has limited support for memory mapping under no-MMU conditions, such
   6 as are used in uClinux environments. From the userspace point of view, memory
   7 mapping is made use of in conjunction with the mmap() system call, the shmat()
   8 call and the execve() system call. From the kernel's point of view, execve()
   9 mapping is actually performed by the binfmt drivers, which call back into the
  10 mmap() routines to do the actual work.
  11
  12 Memory mapping behaviour also involves the way fork(), vfork(), clone() and
  13 ptrace() work. Under uClinux there is no fork(), and clone() must be supplied
  14 the CLONE_VM flag.
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  16 The behaviour is similar between the MMU and no-MMU cases, but not identical;
  17 and it's also much more restricted in the latter case:
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  19  (*) Anonymous mapping, MAP_PRIVATE
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  21         In the MMU case: VM regions backed by arbitrary pages; copy-on-write
  22         across fork.
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  24         In the no-MMU case: VM regions backed by arbitrary contiguous runs of
  25         pages.
  26
  27  (*) Anonymous mapping, MAP_SHARED
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  29         These behave very much like private mappings, except that they're
  30         shared across fork() or clone() without CLONE_VM in the MMU case. Since
  31         the no-MMU case doesn't support these, behaviour is identical to
  32         MAP_PRIVATE there.
  33
  34  (*) File, MAP_PRIVATE, PROT_READ / PROT_EXEC, !PROT_WRITE
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  36         In the MMU case: VM regions backed by pages read from file; changes to
  37         the underlying file are reflected in the mapping; copied across fork.
  38
  39         In the no-MMU case:
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  41          - If one exists, the kernel will re-use an existing mapping to the
  42            same segment of the same file if that has compatible permissions,
  43            even if this was created by another process.
  44
  45          - If possible, the file mapping will be directly on the backing device
  46            if the backing device has the BDI_CAP_MAP_DIRECT capability and
  47            appropriate mapping protection capabilities. Ramfs, romfs, cramfs
  48            and mtd might all permit this.
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  50          - If the backing device device can't or won't permit direct sharing,
  51            but does have the BDI_CAP_MAP_COPY capability, then a copy of the
  52            appropriate bit of the file will be read into a contiguous bit of
  53            memory and any extraneous space beyond the EOF will be cleared
  54
  55          - Writes to the file do not affect the mapping; writes to the mapping
  56            are visible in other processes (no MMU protection), but should not
  57            happen.
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  59  (*) File, MAP_PRIVATE, PROT_READ / PROT_EXEC, PROT_WRITE
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  61         In the MMU case: like the non-PROT_WRITE case, except that the pages in
  62         question get copied before the write actually happens. From that point
  63         on writes to the file underneath that page no longer get reflected into
  64         the mapping's backing pages. The page is then backed by swap instead.
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  66         In the no-MMU case: works much like the non-PROT_WRITE case, except
  67         that a copy is always taken and never shared.
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  69  (*) Regular file / blockdev, MAP_SHARED, PROT_READ / PROT_EXEC / PROT_WRITE
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  71         In the MMU case: VM regions backed by pages read from file; changes to
  72         pages written back to file; writes to file reflected into pages backing
  73         mapping; shared across fork.
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  75         In the no-MMU case: not supported.
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  77  (*) Memory backed regular file, MAP_SHARED, PROT_READ / PROT_EXEC / PROT_WRITE
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  79         In the MMU case: As for ordinary regular files.
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  81         In the no-MMU case: The filesystem providing the memory-backed file
  82         (such as ramfs or tmpfs) may choose to honour an open, truncate, mmap
  83         sequence by providing a contiguous sequence of pages to map. In that
  84         case, a shared-writable memory mapping will be possible. It will work
  85         as for the MMU case. If the filesystem does not provide any such
  86         support, then the mapping request will be denied.
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  88  (*) Memory backed blockdev, MAP_SHARED, PROT_READ / PROT_EXEC / PROT_WRITE
  89
  90         In the MMU case: As for ordinary regular files.
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  92         In the no-MMU case: As for memory backed regular files, but the
  93         blockdev must be able to provide a contiguous run of pages without
  94         truncate being called. The ramdisk driver could do this if it allocated
  95         all its memory as a contiguous array upfront.
  96
  97  (*) Memory backed chardev, MAP_SHARED, PROT_READ / PROT_EXEC / PROT_WRITE
  98
  99         In the MMU case: As for ordinary regular files.
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 101         In the no-MMU case: The character device driver may choose to honour
 102         the mmap() by providing direct access to the underlying device if it
 103         provides memory or quasi-memory that can be accessed directly. Examples
 104         of such are frame buffers and flash devices. If the driver does not
 105         provide any such support, then the mapping request will be denied.
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 109 FURTHER NOTES ON NO-MMU MMAP
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 112  (*) A request for a private mapping of less than a page in size may not return
 113      a page-aligned buffer. This is because the kernel calls kmalloc() to
 114      allocate the buffer, not get_free_page().
 115
 116  (*) A list of all the mappings on the system is visible through /proc/maps in
 117      no-MMU mode.
 118
 119  (*) A list of all the mappings in use by a process is visible through
 120      /proc/<pid>/maps in no-MMU mode.
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 122  (*) Supplying MAP_FIXED or a requesting a particular mapping address will
 123      result in an error.
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 125  (*) Files mapped privately usually have to have a read method provided by the
 126      driver or filesystem so that the contents can be read into the memory
 127      allocated if mmap() chooses not to map the backing device directly. An
 128      error will result if they don't. This is most likely to be encountered
 129      with character device files, pipes, fifos and sockets.
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 133 INTERPROCESS SHARED MEMORY
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 136 Both SYSV IPC SHM shared memory and POSIX shared memory is supported in NOMMU
 137 mode.  The former through the usual mechanism, the latter through files created
 138 on ramfs or tmpfs mounts.
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 141 =======
 142 FUTEXES
 143 =======
 144
 145 Futexes are supported in NOMMU mode if the arch supports them.  An error will
 146 be given if an address passed to the futex system call lies outside the
 147 mappings made by a process or if the mapping in which the address lies does not
 148 support futexes (such as an I/O chardev mapping).
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 152 NO-MMU MREMAP
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 155 The mremap() function is partially supported.  It may change the size of a
 156 mapping, and may move it[*] if MREMAP_MAYMOVE is specified and if the new size
 157 of the mapping exceeds the size of the slab object currently occupied by the
 158 memory to which the mapping refers, or if a smaller slab object could be used.
 159
 160 MREMAP_FIXED is not supported, though it is ignored if there's no change of
 161 address and the object does not need to be moved.
 162
 163 Shared mappings may not be moved.  Shareable mappings may not be moved either,
 164 even if they are not currently shared.
 165
 166 The mremap() function must be given an exact match for base address and size of
 167 a previously mapped object.  It may not be used to create holes in existing
 168 mappings, move parts of existing mappings or resize parts of mappings.  It must
 169 act on a complete mapping.
 170
 171 [*] Not currently supported.
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 173
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 175 PROVIDING SHAREABLE CHARACTER DEVICE SUPPORT
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 178 To provide shareable character device support, a driver must provide a
 179 file->f_op->get_unmapped_area() operation. The mmap() routines will call this
 180 to get a proposed address for the mapping. This may return an error if it
 181 doesn't wish to honour the mapping because it's too long, at a weird offset,
 182 under some unsupported combination of flags or whatever.
 183
 184 The driver should also provide backing device information with capabilities set
 185 to indicate the permitted types of mapping on such devices. The default is
 186 assumed to be readable and writable, not executable, and only shareable
 187 directly (can't be copied).
 188
 189 The file->f_op->mmap() operation will be called to actually inaugurate the
 190 mapping. It can be rejected at that point. Returning the ENOSYS error will
 191 cause the mapping to be copied instead if BDI_CAP_MAP_COPY is specified.
 192
 193 The vm_ops->close() routine will be invoked when the last mapping on a chardev
 194 is removed. An existing mapping will be shared, partially or not, if possible
 195 without notifying the driver.
 196
 197 It is permitted also for the file->f_op->get_unmapped_area() operation to
 198 return -ENOSYS. This will be taken to mean that this operation just doesn't
 199 want to handle it, despite the fact it's got an operation. For instance, it
 200 might try directing the call to a secondary driver which turns out not to
 201 implement it. Such is the case for the framebuffer driver which attempts to
 202 direct the call to the device-specific driver. Under such circumstances, the
 203 mapping request will be rejected if BDI_CAP_MAP_COPY is not specified, and a
 204 copy mapped otherwise.
 205
 206 IMPORTANT NOTE:
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 208         Some types of device may present a different appearance to anyone
 209         looking at them in certain modes. Flash chips can be like this; for
 210         instance if they're in programming or erase mode, you might see the
 211         status reflected in the mapping, instead of the data.
 212
 213         In such a case, care must be taken lest userspace see a shared or a
 214         private mapping showing such information when the driver is busy
 215         controlling the device. Remember especially: private executable
 216         mappings may still be mapped directly off the device under some
 217         circumstances!
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 221 PROVIDING SHAREABLE MEMORY-BACKED FILE SUPPORT
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 224 Provision of shared mappings on memory backed files is similar to the provision
 225 of support for shared mapped character devices. The main difference is that the
 226 filesystem providing the service will probably allocate a contiguous collection
 227 of pages and permit mappings to be made on that.
 228
 229 It is recommended that a truncate operation applied to such a file that
 230 increases the file size, if that file is empty, be taken as a request to gather
 231 enough pages to honour a mapping. This is required to support POSIX shared
 232 memory.
 233
 234 Memory backed devices are indicated by the mapping's backing device info having
 235 the memory_backed flag set.
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 239 PROVIDING SHAREABLE BLOCK DEVICE SUPPORT
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 242 Provision of shared mappings on block device files is exactly the same as for
 243 character devices. If there isn't a real device underneath, then the driver
 244 should allocate sufficient contiguous memory to honour any supported mapping.