这两个函数都与内存映射mmap相关，主要用于将内核中的内存映射到用户空间。它们的功能略有不同，适用的场景也不尽相同。

vmf_insert_pfn

vmf_insert_pfn 是用于向用户空间 vm_area_struct（VMA）中插入一个单独的页表条目。它适合细粒度控制单个页的映射。

用法

int vmf_insert_pfn(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr, unsigned long pfn);

参数说明：

vma：表示需要插入页的虚拟内存区域。 addr：用户空间虚拟地址，页对齐。 pfn：物理页帧号（Page Frame Number）。

功能：

将给定的物理页帧插入到用户空间地址 addr 所对应的页表中。 用于非连续内存或动态页插入的场景。

返回值：

返回 0 表示成功。 返回负值表示失败，例如地址不对齐或 VMA 无效。

使用场景

动态插入页： 例如，在设备驱动程序中，需要按需向用户进程提供一部分物理内存。 零散的页映射： 当映射的物理内存不是连续的，可以使用 vmf_insert_pfn 一页一页地映射。

示例代码

static int mmap_fault(struct vm_fault *vmf) {
    unsigned long pfn = virt_to_phys(kernel_buffer) >> PAGE_SHIFT;

    // 向用户空间插入页
    int ret = vmf_insert_pfn(vmf->vma, vmf->address, pfn);
    if (ret) {
        printk(KERN_ERR "vmf_insert_pfn failed: %d\n", ret);
        return VM_FAULT_SIGBUS;
    }

    return VM_FAULT_NOPAGE;
}

remap_pfn_range

remap_pfn_range 用于将一段连续的物理页映射到用户空间虚拟地址范围内。

用法

int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma,
                    unsigned long start,
                    unsigned long pfn,
                    unsigned long size,
                    pgprot_t prot);

参数说明：

vma：需要映射的虚拟内存区域。 start：用户空间虚拟地址的起始地址，必须页对齐。 pfn：物理页帧号的起始地址。 size：映射的大小（以字节为单位）。 prot：页面的保护属性（例如PAGE_READONLY、PAGE_SHARED）。

功能：

将一段连续的物理地址映射到用户空间。 pfn 对应的物理内存需要是连续的。

返回值：

返回 0 表示成功。 返回负值表示失败，例如参数无效。

使用场景

连续内存映射： 用于将设备的寄存器地址或 DMA 缓冲区等连续物理内存映射到用户空间。 内存分区共享： 用于共享一段连续的内存区域给用户空间。

示例代码

static int mmap_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma) {
    unsigned long pfn = virt_to_phys(kernel_buffer) >> PAGE_SHIFT;
    unsigned long size = vma->vm_end - vma->vm_start;

    // 检查映射范围是否有效
    if (size > BUFFER_SIZE) {
        printk(KERN_ERR "mmap_device: Requested size exceeds buffer\n");
        return -EINVAL;
    }

    // 将物理内存映射到用户空间
    if (remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, pfn, size, vma->vm_page_prot)) {
        printk(KERN_ERR "mmap_device: remap_pfn_range failed\n");
        return -EAGAIN;
    }

    printk(KERN_INFO "mmap_device: mmap successful\n");
    return 0;
}

两者的主要区别

选择指南

连续内存：

如果你需要映射一段连续的物理内存，优先选择 remap_pfn_range。 它更适合映射设备内存或预先分配好的 DMA 缓冲区。

非连续内存：

如果内存是非连续的，或者映射是按需动态发生的（例如 fault 时处理），使用 vmf_insert_pfn。

性能：

对于一次性大范围映射，remap_pfn_range 是更高效的选择。
如果需要动态映射单个页，vmf_insert_pfn 提供了更细粒度的控制。

两者结合使用

在某些复杂场景下，可以结合两者使用。例如：

初始化阶段用 remap_pfn_range 映射一段连续内存。 运行时如果用户空间需要额外页，可以用 vmf_insert_pfn 插入新的页。 总结：vmf_insert_pfn 适合单页的动态插入场景，而 remap_pfn_range 是连续内存映射的首选方法，根据具体需求选择合适的工具即可