Linux中关于MMAPandDMA的知识总结.docVIP

3项技术：

1,mmap系统调用可以实现将设备内存映射到用户进程的地址空间。

2,使用get_user_pages,可以把用户空间内存映射到内核中。

3,DMA的I/O操作，使得外设具有直接访问系统内存的能力。

内存管理

内核用来管理内存的数据结构

地址内型

Linux是一个虚拟内存系统，即用户程序使用的地址与硬件使用的物理地址是不等同的。

虚拟内存引入了一个间接层，使得许多操作成为可能：

*有了虚拟内存，系统中运行的程序可以分配比物理内存更多的内存。

*虚拟地址还能让程序在进程的地址空间内使用更多的技巧，包括将程序的内存映射到设备内存上。

地址内型列表

*用户虚拟地址每个进程都有自己的虚拟地址空间。

*物理地址处理器访问系统内存时使用的地址。

*总线地址在外围总线和内存之间使用。MMU可以实现总线和主内存之间的重新映射。

??????????当设置DMA操作时，编写MMU相关的代码是一个必需的步骤。

*内核逻辑地址

??????????内核逻辑地址组成了内核的常规地址空间，该地址映射了部分（或全部）内存，

??????????并经常被视为物理地址。在大多数体系架构中，逻辑地址与其相关联的物理地址

??????????的不同，仅仅在于它们之间存在一个固定的偏移量。kmalloc返回的内存就是

??????????内核逻辑地址。

*内核虚拟地址

??????????内核虚拟地址与逻辑地址相同之处在于，都将内核空间的地址映射到物理地址上。

??????????不同之处在于，内核虚拟地址与物理地址的映射不是线性的和一对一的。

??????????vmalloc返回一个虚拟地址，kmap函数也返回一个虚拟地址。

物理地址和页

物理地址被分为离散的单元，称之为页。

系统内部许多对内存的操作都是基于单个页的。

大多数系统都使用每页4096个字节，PAGE_SIZEasm/page.h给出指定体系架构下的页大小。

观察内存地址，无论是虚拟的还是物理的，它们都被分为页号和一个页内的偏移量。

如果每页4096个字节，那么最后的12位就是偏移量，剩余的高位则指定页号。

页帧数：将除去偏移量的剩余位移到右端，称该结果为页帧数。

高端与低端内存

内核(在x86架构中)将4GB的虚拟地址空间分割为用户空间和内核空间。

一个典型的分割是将3GB分配给用户空间，1GB分配给内核空间。

占用内核地址空间最大的部分是物理内存的虚拟映射，

内核无法直接操作没有映射到内核地址空间的内存。

低端内存：

????????只有内存的低端部分拥有逻辑地址。内核的数据结构必须放置在低端内存中。

高端内存：

????????除去低端内存的剩余部分没有逻辑地址。它们处于内核虚拟地址之上。

内存映射和页结构

内核使用逻辑地址来引用物理内存中的页。

为解决在高端内存中无法使用逻辑地址的问题，内核中处理内存的函数趋向于使用

指向page结构的指针linux/mm.h。

page结构用来保存内核需要知道的所有物理内存信息，对系统中的每个物理页，

都有一个page结构相对应。

page结构的几个成员：

atomic_tcount;对该页的访问计数。

void*virtual;如果页面被映射，则指向页的内核虚拟地址；

???????????????如果未被映射，则为NULL。

???????????????低端内存页总是被映射，而高端内存页通常不被映射。

unsignedlongflags;描述页状态的一系列标志。

?????????????????????PG_locked表示内存中的页已经被锁住，

?????????????????????而PG_reserved表示禁止内存管理系统访问该页。

内核维护了一个或者多个page结构的数组，用来跟踪系统中的物理内存。

有一些函数和宏用来在page结构指针与虚拟地址之间进行转换：

structpage*virt_to_page(void*kaddr);asm/page.h

将内核逻辑地址转换为响应的page结构指针。

structpage*pfn_to_page(intpfn);

针对给定的页帧号，返回page结构指针。

void*page_address(structpage*page);linux/mm.h

如果地址存在的话，则返回页的内核虚拟地址。

void*kmap(structpage*page);linux/highmem.h

为系统中的页返回内核虚拟地址。

对于低端内存页，它只返回页的逻辑地址；

对于高端内存页，kmap在专用的内核地址空间创建特殊的映射。

voidkunmap(structpage*page);

释放由kmap