映射内存高端内存永久映射分析

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));
}

    20130422

文章结束给大家分享下程序员的一些笑话语录： 雅虎最擅长的不是开通新业务，是关闭旧业务。