一幅圖讓你徹底明白虛擬地址與物理地址的映射關(guān)系

ywf851207

1. #define DEVICE_NAME "GPIO-Control"
   
2. 
   
3. #define IOCTL_GPIO_ON        1
   
4. #define IOCTL_GPIO_OFF        0
   
5. 
   
6. static unsigned long gpio_table [] =
   
7. {
   
8.         S3C2410_GPB5,
   
9.         S3C2410_GPB6,
   
10.         S3C2410_GPB7,
    
11.         S3C2410_GPB8,
    
12. };
    
13. 
    
14. static unsigned int gpio_cfg_table [] =
    
15. {
    
16.         S3C2410_GPB5_OUTP,
    
17.         S3C2410_GPB6_OUTP,
    
18.         S3C2410_GPB7_OUTP,
    
19.         S3C2410_GPB8_OUTP,
    
20. };
    
21. 
    
22. static int tq2440_gpio_ioctl(
    
23.         struct inode *inode,
    
24.         struct file *file,
    
25.         unsigned int cmd,
    
26.         unsigned long arg)
    
27. {
    
28.         if (arg > 4)
    
29.         {
    
30.                 return -EINVAL;
    
31.         }
    
32. 
    
33.         switch(cmd)
    
34.         {
    
35.                 case IOCTL_GPIO_ON:
    
36.                         s3c2410_gpio_setpin(gpio_table[arg], 0);
    
37.                         return 0;
    
38. 
    
39.                 case IOCTL_GPIO_OFF:
    
40.                         s3c2410_gpio_setpin(gpio_table[arg], 1);
    
41.                         return 0;
    
42. 
    
43.                 default:
    
44.                         return -EINVAL;
    
45.         }
    
46. }
    
47. 
    
48. static struct file_operations dev_fops = {
    
49.         .owner        =        THIS_MODULE,
    
50.         .ioctl        =        tq2440_gpio_ioctl,
    
51. };
    
52. 
    
53. static struct miscdevice misc = {
    
54.         .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
    
55.         .name = DEVICE_NAME,
    
56.         .fops = &dev_fops,
    
57. };
    
58. 
    
59. static int __init dev_init(void)
    
60. {
    
61.         int ret;
    
62. 
    
63.         int i;
    
64.        
    
65.         for (i = 0; i < 4; i++)
    
66.         {
    
67.                 s3c2410_gpio_cfgpin(gpio_table[i], gpio_cfg_table[i]);
    
68.                 s3c2410_gpio_setpin(gpio_table[i], 0);
    
69.         }
    
70. 
    
71.         ret = misc_register(&misc);
    
72. 
    
73.         printk (DEVICE_NAME" initialized\n");
    
74. 
    
75.         return ret;
    
76. }
    
77. 
    
78. static void __exit dev_exit(void)
    
79. {
    
80.         misc_deregister(&misc);
    
81. }
    
82. 
    
83. module_init(dev_init);
    
84. module_exit(dev_exit);
    
85. 
    
86. MODULE_LICENSE("GPL");
    
87. MODULE_AUTHOR("www.embedsky.net");
    
88. MODULE_DESCRIPTION("GPIO control for EmbedSky SKY2440/TQ2440 Board");
    

復(fù)制代碼

我在這個LED驅(qū)動程序中怎么沒有看到虛擬地址到物理地址的映射啊，我覺得應(yīng)該有一個ioremap（）才對啊，怎么沒有呢？為了不耽誤大家逛MM論壇的時間，先發(fā)張MM圖。。。。

ywf851207

從線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，實際上是一種映射。所有進程的3~4G的線性地址實際上是映射到相同的物理地址的。這一點不多說了。為了方便起見， 3~4G的線性地址與對應(yīng)的物理地址基本上是呈線性關(guān)系的。即線性地址=物理地址+3G。但是如果把這1G的線性地址都簡單地處理為對應(yīng)物理地址+3G，就會有新的問題產(chǎn)生。例如，如果物理地址大于4G，那么內(nèi)核就沒法訪問這些地址了。所以，內(nèi)核必須要從這1G的線性空間中預(yù)留一部分，作其它用途，（例如，映射高端物理地址）。經(jīng)過實踐，發(fā)現(xiàn)128M線性地址夠用了。所以，3~4G的線性地址中896M映射到物理地址中的0~896M，剩下的128M挪作它用，例如，內(nèi)核空間的非線性映射（在vmalloc中使用）以及高于4G的物理地址的映射。
        我曾經(jīng)產(chǎn)生過的疑問：
        1.如果物理內(nèi)存小于896M，那不是所有的物理地址都被內(nèi)核用完，沒有內(nèi)存留給用戶空間了么？
        事實上，小于896M時，同一塊物理內(nèi)存可能同時被映射到用戶空間和內(nèi)核空間，從數(shù)學(xué)的角度來講，也就是所謂的“雙箭一雕”。我們相信內(nèi)核是沒有bug的，所以不用擔心因此產(chǎn)生的內(nèi)核對用戶空間數(shù)據(jù)破壞的可能性。
        2.如果物理內(nèi)存小于896M，所有物理內(nèi)存地址都與內(nèi)核線性地址相差3G，那vmalloc不是沒有內(nèi)存使用了么？
        不使用vmalloc當然是不可能的，因為模塊裝載時就會用到vmalloc。原理與問題1一樣，即使在內(nèi)核空間，也可能多個線性地址映射到同一個物理地址，也就是“雙箭一雕”。所以vmalloc仍然能獲得相應(yīng)的物理內(nèi)存。
        對以上兩個問題的小結(jié)。系統(tǒng)在啟動時會把前896M物理地址映射到3G以上的線性空間。但是映射不等于使用。事實上內(nèi)核只使用了很小一部分（一般才幾M）。只要有足夠的未使用的物理內(nèi)存，用戶進程和vmalloc都不會有問題。
        3.如果物理內(nèi)存大于896M。那對內(nèi)核而言不是無法在同一時刻訪問所有的物理內(nèi)存了么？
        是的，雖然內(nèi)核可以通過臨時映射和永久映射來訪問所有的物理內(nèi)存，但是用到的線性地址很有限，即一次只能訪問一小部分物理內(nèi)存。當無法訪問到更高地址物理內(nèi)存時，只能通過修改內(nèi)核頁表來達到目的。但是，這對內(nèi)核就足夠了。因為上面說過，內(nèi)核所需要的內(nèi)存很少。內(nèi)核只是偶爾會訪問一下高端內(nèi)內(nèi)存。而對于用戶進程而言，只要頁表開啟了PAE，就可以訪問64G以內(nèi)的物理內(nèi)存（雖然只有4G的線性空間，但是也足夠了。）
        4.內(nèi)核頁表是如何共享的呢？
        我們知道所有的進程共享內(nèi)核空間，所以共享內(nèi)核頁表是很自然的事。理論上內(nèi)核只有一個頁表，對應(yīng)的內(nèi)核全局頁目錄swapper_pg_dir，所有進程的頁目錄的最高256項與swapper_pg_dir相同�？上У氖�，每個進程有自己的頁目錄，共1024項。其中最高的256項指向的是內(nèi)核空間。盡管這些頁目錄項可以指向同樣的內(nèi)核頁表，但是一旦內(nèi)核頁目錄改變了，所有進程的頁目錄都需要同步。這種情況是存在的。比如內(nèi)核調(diào)用vmalloc時。
        幸虧有了頁錯誤，我們可以從容地處理頁目錄的同步。如果內(nèi)核調(diào)用了vmalloc，內(nèi)核只修改內(nèi)核全局頁目錄。當其它進程訪問vmalloc產(chǎn)生的線性空間時，會產(chǎn)生頁錯誤。頁錯誤處理程序可以判斷當前的頁錯誤是由于vmalloc產(chǎn)生的，于是修改對應(yīng)的頁目錄，使它們與內(nèi)核全局頁目錄保持一致。

duanius

求樓主頭像大圖
jerometao 發(fā)表于 2011-01-06 11:23

    同求，最好是仰視角度

sky-鵬

沒整明白

stoneyzjw

看看操作系統(tǒng)原理就明白了。

amarant

22樓的總結(jié)非常好啊。好多問題我也困惑了很久。

amarant

我在這個LED驅(qū)動程序中怎么沒有看到虛擬地址到物理地址的映射啊，我覺得應(yīng)該有一個ioremap（）才對啊，怎么 ...
ywf851207 發(fā)表于 2011-01-11 20:19

    你看看S3C2410_GPB5_OUTP的定義吧。

    我拿一個我這里的定義，不知道跟你是不是一樣，我覺得應(yīng)該有一個地方把這里映射到了寄存器上了。我再仔細看看arm啟動分析去


#define S3C64XX_GPCCON                  (S3C64XX_GPC_BASE + 0x00)
#define S3C64XX_GPC_BASE        (S3C64XX_VA_GPIO + 0x0040)
#define S3C64XX_VA_GPIO         S3C_ADDR(0x00500000)
#define S3C_ADDR(x)     ((void __iomem __force *)S3C_ADDR_BASE + (x))

/* Fit all our registers in at 0xF4000000 upwards, trying to use as
* little of the VA space as possible so vmalloc and friends have a
* better chance of getting memory.
*
* we try to ensure stuff like the IRQ registers are available for
* an single MOVS instruction (ie, only 8 bits of set data)
*/

#define S3C_ADDR_BASE   (0xF4000000)

shenyanxxxy

宏觀上可以這么理解吧。言簡易懂

mi_zy

回復(fù) 1# ywf851207


   

東方云濱

怎么看不見圖啊啊