映射内存高端内存永久映射分析

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mb5fe18e9fef50b 2013-04-24 21:41:00

文章标签 虚拟地址页表 #define 页表项初始化 文章分类 运维

每日一贴,今天的内容关键字为映射内存

chipset: MSM8X25Q

Codebase: Android4.1

Kernel: 3.4.0

基本概念：

当你需要将高端页面期长映射到内核间空的时候，就要应用Kmap数函来现实，即高端内存永久映射。这样免避页表和TLB的更新而致导资源的占用。

应用的时候一般先通过alloc_page(__GFP_HIGHMEM)请申一个page，然后将这个page传给kmap，kmap会建立这个page的页表项，并回返一个虚拟地址供操纵。

Pkmap_count是一个长度为LAST_PKMAP的数组，长度为512，，每一个元素对应一个永久映射的页，所以可以映射512*4k = 2M页巨细。

static int pkmap_count[LAST_PKMAP];
#define LAST_PKMAP    PTRS_PER_PTE
#define PTRS_PER_PTE    512

Pkmap_count元素的值不同时的义意对应如下：

0：相干也还没应用

1：示表页已被映射，但是由于TLB没被更新而法无应用。

>=2：为2时，示表内核有一处应用该映射页。为n时，示表有n-1处应用该页。

另外，内核应用struct page_address_map来存保页和虚拟地址之前的系关。

struct page_address_map {
  struct page *page;
  void *virtual;
  struct list_head list;
};

另外，高端内存永久映射是通过page_address_htable这个变量来管理的，结构为：

static struct page_address_slot {
  struct list_head lh;      /* List of page_address_maps */
  spinlock_t lock;      /* Protect this bucket's list */
}

它的管理机制应用了哈希表，对应的数函是page_slot(),对于哈希道理，可自行查资料学习。

static struct page_address_slot *page_slot(const struct page *page)
{
  return &page_address_htable[hash_ptr(page, PA_HASH_ORDER)];
}

初始化：

统系机开启动的时候有如下用调：

Start_kernel() –> setup_arch() -> paging_init() -> kmap_init()
static void __init kmap_init(void)
{
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
  /*该变量存保了PKMAP_BASE对应的页表项地址，PKMAP_BASE为永久映射的肇端地址。*/
  pkmap_page_table = early_pte_alloc_and_install(pmd_off_k(PKMAP_BASE),
    PKMAP_BASE, _PAGE_KERNEL_TABLE);
#endif
}

建创映射：

用调是kmap().

void *kmap(struct page *page)
{
  /*会sleep，所以不能于用中断上下文*/
  might_sleep();
  /*如果是低端内存，那么回返page对应虚拟地址*/
  if (!PageHighMem(page))
    return page_address(page);
  /*否则执行高端内存映射*/
  return kmap_high(page);
}
EXPORT_SYMBOL(kmap);

page_address():

void *page_address(const struct page *page)
{
  unsigned long flags;
  void *ret;
  struct page_address_slot *pas;
  /*又一次判断是低端还是高端内存，因为此数函开放给用调者用调。*/
  if (!PageHighMem(page))
  /*低端内存就按牢固偏移回返虚拟地址*/
    return lowmem_page_address(page);
  /*高端内存就从哈希表中查找回返。*/
  pas = page_slot(page);
  ret = NULL;
  spin_lock_irqsave(&pas->lock, flags);
  if (!list_empty(&pas->lh)) {
    struct page_address_map *pam;
      /*页应用lh链表来管理。*/
    list_for_each_entry(pam, &pas->lh, list) {
      if (pam->page == page) {
        ret = pam->virtual;
        goto done;
      }
    }
  }
done:
  spin_unlock_irqrestore(&pas->lock, flags);
  return ret;
}

kmap_high()：

每日一道理

青春是用意志的血滴和拼搏的汗水酿成的琼浆——历久弥香；青春是用不凋的希望和不灭的向往编织的彩虹——绚丽辉煌；青春是用永恒的执著和顽强的韧劲筑起的一道铜墙铁壁——固若金汤。

void *kmap_high(struct page *page)
{
  unsigned long vaddr;

  /*
   * For highmem pages, we can't trust "virtual" until
   * after we have the lock.
   */
  lock_kmap();
  /*先判断否是已被映射过了*/
  vaddr = (unsigned long)page_address(page);
  /*没有就新建创页表项*/
  if (!vaddr)
    vaddr = map_new_virtual(page);
  /*前当页对应的元素值加1.  PKMAP_NR示表相对PKMAP_BASE的偏移。
#define PKMAP_NR(virt)    (((virt) - PKMAP_BASE) >> PAGE_SHIFT) */
  pkmap_count[PKMAP_NR(vaddr)]++;
  /*<2确定不正常了，因为1示表建创成完，如果跑到这里，2就示表有块模应用此映射了。*/
  BUG_ON(pkmap_count[PKMAP_NR(vaddr)] < 2);
  unlock_kmap();
  /*回返映射以后的虚拟地址*/
  return (void*) vaddr;
}

map_new_virtual():

static inline unsigned long map_new_virtual(struct page *page)
{
  unsigned long vaddr;
  int count;

start:
  count = LAST_PKMAP;
  /* Find an empty entry */
  for (;;) {
    /* last_pkmap_nr 录记前当映射的页数，也可以认为是最后应用的位置。*/
    last_pkmap_nr = (last_pkmap_nr + 1) & LAST_PKMAP_MASK;
    /*为0示表查找完一轮了，这时它会去刷新pkmap_count的值为1的TLB。*/
    if (!last_pkmap_nr) {
      flush_all_zero_pkmaps();
      count = LAST_PKMAP;
    }
    /*找到闲空区了*/
    if (!pkmap_count[last_pkmap_nr])
      break;  /* Found a usable entry */
    /*未找到，继承找下一个*/
    if (--count)
      continue;
    /*找了LAST_PKMAP 个以后就就寝，待等其他块模unmap*/
    {
      DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);
      __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
      add_wait_queue(&pkmap_map_wait, &wait);
      unlock_kmap();
      schedule();
      remove_wait_queue(&pkmap_map_wait, &wait);
      lock_kmap();
      /*醒来以后看看是不是有其他进程已做了映射了，如果是，
就直接回返。*/
      /* Somebody else might have mapped it while we slept */
      if (page_address(page))
        return (unsigned long)page_address(page);
      /*没有就再去重新新一轮查找*/
      /* Re-start */
      goto start;
    }
  }
  /*从这里看到，永久映射的虚拟地址是继承PKMAP_BASE加上一个offset现实的。*/
  vaddr = PKMAP_ADDR(last_pkmap_nr);
  /*修改内核页表，将该页与页表行进联关，但还未更新TLB。*/
  set_pte_at(&init_mm, vaddr,
       &(pkmap_page_table[last_pkmap_nr]), mk_pte(page, kmap_prot));
  /*示表建创映射页表成完*/
  pkmap_count[last_pkmap_nr] = 1;
  /*将vaddr加入到pkmap_page_table 哈希表和struct page_address_map中管理以供面后用调page_address.*/
  set_page_address(page, (void *)vaddr);

  return vaddr;
}

flush_all_zero_pkmaps():

static void flush_all_zero_pkmaps(void)
{
  int i;
  int need_flush = 0;

  flush_cache_kmaps();

  for (i = 0; i < LAST_PKMAP; i++) {
    struct page *page;

/*0的时候还没建创映射，用不管。
>=2的时候示表还有块模在应用，也不处置。
1示表已没有块模应用了，即示表已unmap了，但是页表还没放释，
这里就是针对页行进放释。*/
    if (pkmap_count[i] != 1)
      continue;
    pkmap_count[i] = 0;
    page = pte_page(pkmap_page_table[i]);
    pte_clear(&init_mm, (unsigned long)page_address(page),
        &pkmap_page_table[i]);

    set_page_address(page, NULL);
    need_flush = 1;
  }
  /*有转变，刷新永久映射区全体TLB。*/
  if (need_flush)
    flush_tlb_kernel_range(PKMAP_ADDR(0), PKMAP_ADDR(LAST_PKMAP));
}