mm/vmalloc.c

/*
 *  linux/mm/vmalloc.c
 *
 *  Copyright (C) 1993  Linus Torvalds
 */

#include <asm/system.h>
#include <linux/config.h>

#include <linux/signal.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/head.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/malloc.h>
#include <asm/segment.h>

//虚拟内存结构体定义
struct vm_struct {
    unsigned long flags;          //标志
    void * addr;                  //地址
    unsigned long size;           //长度
    struct vm_struct * next;      //下一个指针
};

static struct vm_struct * vmlist = NULL;

/* Just any arbitrary offset to the start of the vmalloc VM area: the
 * current 8MB value just means that there will be a 8MB "hole" after the
 * physical memory until the kernel virtual memory starts.  That means that
 * any out-of-bounds memory accesses will hopefully be caught.
 * The vmalloc() routines leaves a hole of 4kB between each vmalloced
 * area for the same reason. ;)
 */
#define VMALLOC_OFFSET    (8*1024*1024)

//设置页目录，实际上每个任务都知道其它任务的页目录
static inline void set_pgdir(unsigned long dindex, unsigned long value)
{
    struct task_struct * p;
    //取init任务
    p = &init_task;
    //每个任务中的指定索引设置为指定值
    do {
        ((unsigned long *) p->tss.cr3)[dindex] = value;
        p = p->next_task;
    } while (p != &init_task);
}

//释放区域页面
static int free_area_pages(unsigned long dindex, unsigned long index, unsigned long nr)
{
    unsigned long page, *pte;
    
    //找到页表
    if (!(PAGE_PRESENT & (page = swapper_pg_dir[dindex])))
        return 0;
    //
    page &= PAGE_MASK;
    //页表中索引
    pte = index + (unsigned long *) page;
    //遍历释放内存页
    do {
        unsigned long pg = *pte;
        *pte = 0;
        if (pg & PAGE_PRESENT)
            free_page(pg);
        pte++;
    } while (--nr);
    //指向页表
    pte = (unsigned long *) page;
    //页表中
    for (nr = 0 ; nr < 1024 ; nr++, pte++)
        if (*pte)
            return 0;
    //设置页目录表项
    set_pgdir(dindex,0);
    mem_map[MAP_NR(page)] = 1;
    //释放页表所在页面
    free_page(page);
    //刷新
    invalidate();
    return 0;
}

//分配区域页面
static int alloc_area_pages(unsigned long dindex, unsigned long index, unsigned long nr)
{
    unsigned long page, *pte;
    
    //根据索引从页目录中找到页表
    page = swapper_pg_dir[dindex];
    //如果页面不存在
    if (!page) {
        //从核心内存中申请一页内存
        page = get_free_page(GFP_KERNEL);
        //如果申请不到，则退出
        if (!page)
            return -ENOMEM;
        //如果能够获取到指定页面
        if (swapper_pg_dir[dindex]) {
            //则释放刚刚申请的页面
            free_page(page);
            //使用索引到的页面
            page = swapper_pg_dir[dindex];
        } else {
            //设置页面属性
            mem_map[MAP_NR(page)] = MAP_PAGE_RESERVED;
            set_pgdir(dindex, page | PAGE_SHARED);
        }
    }
    //已经获取到页面了
    //页面边界对齐
    page &= PAGE_MASK;
    //指定内存
    pte = index + (unsigned long *) page;
    //从竞争中移除，设置为共享
    *pte = PAGE_SHARED;        /* remove a race with vfree() */
    //循环申请内存，共计nr页
    do {
        //申请一页内存
        unsigned long pg = get_free_page(GFP_KERNEL);
        
        //申请失败，返回错误
        if (!pg)
            return -ENOMEM;
        //申请成功，设置属性
        *pte = pg | PAGE_SHARED;
        pte++;
    } while (--nr);
    invalidate();
    return 0;
}

//执行
static int do_area(void * addr, unsigned long size,
    int (*area_fn)(unsigned long,unsigned long,unsigned long))
{
    unsigned long nr, dindex, index;
    
    //内存页数
    nr = size >> PAGE_SHIFT;
    //页目录索引
    dindex = (TASK_SIZE + (unsigned long) addr) >> 22;
    //页表索引
    index = (((unsigned long) addr) >> PAGE_SHIFT) & (PTRS_PER_PAGE-1);
    //遍历处理，执行area_fn功能
    while (nr > 0) {
        unsigned long i = PTRS_PER_PAGE - index;

        if (i > nr)
            i = nr;
        nr -= i;
        if (area_fn(dindex, index, i))
            return -1;
        index = 0;
        dindex++;
    }
    return 0;
}

//释放虚拟内存
void vfree(void * addr)
{
    struct vm_struct **p, *tmp;

    if (!addr)
        return;
    if ((PAGE_SIZE-1) & (unsigned long) addr) {
        printk("Trying to vfree() bad address (%p) ", addr);
        return;
    }
    for (p = &vmlist ; (tmp = *p) ; p = &tmp->next) {
        if (tmp->addr == addr) {
            *p = tmp->next;
            do_area(tmp->addr, tmp->size, free_area_pages);
            kfree(tmp);
            return;
        }
    }
    printk("Trying to vfree() nonexistent vm area (%p) ", addr);
}

//分配虚拟内存
void * vmalloc(unsigned long size)
{
    void * addr;
    struct vm_struct **p, *tmp, *area;

    size = PAGE_ALIGN(size);
    if (!size || size > high_memory)
        return NULL;
    area = (struct vm_struct *) kmalloc(sizeof(*area), GFP_KERNEL);
    if (!area)
        return NULL;
    addr = (void *) ((high_memory + VMALLOC_OFFSET) & ~(VMALLOC_OFFSET-1));
    area->size = size + PAGE_SIZE;
    area->next = NULL;
    for (p = &vmlist; (tmp = *p) ; p = &tmp->next) {
        if (size + (unsigned long) addr < (unsigned long) tmp->addr)
            break;
        addr = (void *) (tmp->size + (unsigned long) tmp->addr);
    }
    area->addr = addr;
    area->next = *p;
    *p = area;
    if (do_area(addr, size, alloc_area_pages)) {
        vfree(addr);
        return NULL;
    }
    return addr;
}

//读取
int vread(char *buf, char *addr, int count)
{
    struct vm_struct **p, *tmp;
    char *vaddr, *buf_start = buf;
    int n;

    for (p = &vmlist; (tmp = *p) ; p = &tmp->next) {
        vaddr = (char *) tmp->addr;
        while (addr < vaddr) {
            if (count == 0)
                goto finished;
            put_fs_byte('', buf++), addr++, count--;
        }
        n = tmp->size - PAGE_SIZE;
        if (addr > vaddr)
            n -= addr - vaddr;
        while (--n >= 0) {
            if (count == 0)
                goto finished;
            put_fs_byte(*addr++, buf++), count--;
        }
    }
finished:
    return buf - buf_start;
}