[PATCH] NOMMU: Implement /proc/pid/maps for NOMMU
[linux-2.6.git] / Documentation / nommu-mmap.txt
1                          =============================
2                          NO-MMU MEMORY MAPPING SUPPORT
3                          =============================
4
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.
15
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:
18
19  (*) Anonymous mapping, MAP_PRIVATE
20
21         In the MMU case: VM regions backed by arbitrary pages; copy-on-write
22         across fork.
23
24         In the no-MMU case: VM regions backed by arbitrary contiguous runs of
25         pages.
26
27  (*) Anonymous mapping, MAP_SHARED
28
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
35
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:
40
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.
49
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.
58
59  (*) File, MAP_PRIVATE, PROT_READ / PROT_EXEC, PROT_WRITE
60
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.
65
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.
68
69  (*) Regular file / blockdev, MAP_SHARED, PROT_READ / PROT_EXEC / PROT_WRITE
70
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.
74
75         In the no-MMU case: not supported.
76
77  (*) Memory backed regular file, MAP_SHARED, PROT_READ / PROT_EXEC / PROT_WRITE
78
79         In the MMU case: As for ordinary regular files.
80
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.
87
88  (*) Memory backed blockdev, MAP_SHARED, PROT_READ / PROT_EXEC / PROT_WRITE
89
90         In the MMU case: As for ordinary regular files.
91
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.
100
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.
106
107
108 ============================
109 FURTHER NOTES ON NO-MMU MMAP
110 ============================
111
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.
121
122  (*) Supplying MAP_FIXED or a requesting a particular mapping address will
123      result in an error.
124
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.
130
131 ============================================
132 PROVIDING SHAREABLE CHARACTER DEVICE SUPPORT
133 ============================================
134
135 To provide shareable character device support, a driver must provide a
136 file->f_op->get_unmapped_area() operation. The mmap() routines will call this
137 to get a proposed address for the mapping. This may return an error if it
138 doesn't wish to honour the mapping because it's too long, at a weird offset,
139 under some unsupported combination of flags or whatever.
140
141 The driver should also provide backing device information with capabilities set
142 to indicate the permitted types of mapping on such devices. The default is
143 assumed to be readable and writable, not executable, and only shareable
144 directly (can't be copied).
145
146 The file->f_op->mmap() operation will be called to actually inaugurate the
147 mapping. It can be rejected at that point. Returning the ENOSYS error will
148 cause the mapping to be copied instead if BDI_CAP_MAP_COPY is specified.
149
150 The vm_ops->close() routine will be invoked when the last mapping on a chardev
151 is removed. An existing mapping will be shared, partially or not, if possible
152 without notifying the driver.
153
154 It is permitted also for the file->f_op->get_unmapped_area() operation to
155 return -ENOSYS. This will be taken to mean that this operation just doesn't
156 want to handle it, despite the fact it's got an operation. For instance, it
157 might try directing the call to a secondary driver which turns out not to
158 implement it. Such is the case for the framebuffer driver which attempts to
159 direct the call to the device-specific driver. Under such circumstances, the
160 mapping request will be rejected if BDI_CAP_MAP_COPY is not specified, and a
161 copy mapped otherwise.
162
163 IMPORTANT NOTE:
164
165         Some types of device may present a different appearance to anyone
166         looking at them in certain modes. Flash chips can be like this; for
167         instance if they're in programming or erase mode, you might see the
168         status reflected in the mapping, instead of the data.
169
170         In such a case, care must be taken lest userspace see a shared or a
171         private mapping showing such information when the driver is busy
172         controlling the device. Remember especially: private executable
173         mappings may still be mapped directly off the device under some
174         circumstances!
175
176
177 ==============================================
178 PROVIDING SHAREABLE MEMORY-BACKED FILE SUPPORT
179 ==============================================
180
181 Provision of shared mappings on memory backed files is similar to the provision
182 of support for shared mapped character devices. The main difference is that the
183 filesystem providing the service will probably allocate a contiguous collection
184 of pages and permit mappings to be made on that.
185
186 It is recommended that a truncate operation applied to such a file that
187 increases the file size, if that file is empty, be taken as a request to gather
188 enough pages to honour a mapping. This is required to support POSIX shared
189 memory.
190
191 Memory backed devices are indicated by the mapping's backing device info having
192 the memory_backed flag set.
193
194
195 ========================================
196 PROVIDING SHAREABLE BLOCK DEVICE SUPPORT
197 ========================================
198
199 Provision of shared mappings on block device files is exactly the same as for
200 character devices. If there isn't a real device underneath, then the driver
201 should allocate sufficient contiguous memory to honour any supported mapping.