内核空间的各种地址.pptx

内核空间中的各种地址,杨小帅 2012-5-24,提纲, 2010 WRI .,2,内核空间中的地址,有哪些？,如何理解？,如何使用？,内核空间地址种类, 2010 WRI .,3,物理地址； 线性地址； 虚拟地址； IO地址；,内核地址空间布局, 2010 WRI .,4,Linux内存线性地址空间大小为4GB，分为2个部分：用户空间部分（通常是3G）和内核空间部分（通常是1G）。我们主要关注内核地址空间部分。 在我们P4080/P4040中，0xC0000000 0xC0000000+768M是内核的线性地址空间（mem_map），768M以上的空间称之为高端内存（high memory）。 高端内存分为三个区域： vmalloc region； 永久映射区（Permanet Kernel Mappings）； 固定映射区（Fix-mapped linear Address）；,如何理解？（1）, 2010 WRI .,5,硬件地址 硬件真正识别的地址；,线性地址 32位系统，能够访问的地址空间为4G（地址线只有32bit），可以称之为CPU的线性地址空间。内核中的线性地址指的是PAGE_OFFSET PAGE_OFFSET+768M。这段地址与真实的物理地址就相差一个PAGE_OFFSET，它有两个特点：物理地址连续，虚拟地址也连续；,如何理解？（2）, 2010 WRI .,6,虚拟地址 软件真正使用的地址，在内核空间中，除了物理地址和IO地址，其他常见的地址都可以理解为虚拟地址；,IO地址 CPU控制外设是通过读写外设上的寄存器来进行的，外设寄存器也称为“I/O端口”，而IO端口有两种编址方式：独立编址和统一编址。 统一编址：IO寄存器与主存单元一样看待，将主存的一部分划出来用作IO地址空间，也称为“IO内存”（ARM，POWERPC一般采用这种方式）； 独立编址： IO地址与存储地址分开独立编址，I/0端口地址不占用存储空间的地址范围。独立编址也称为“I/O端口”方式，外设寄存器位于“I/O（地址）空间”（x86一般是这种方式）；,如何使用？（1）, 2010 WRI .,7,硬件地址 如何使用硬件地址，跟软件没有关系，是硬件电路关心的事情；,线性地址 一般使用kmalloc来分配。gfp_mask标志常用场景如下：,如何使用？（2）, 2010 WRI .,8,线性地址（续） 线性地址和物理地址之间可以灵活转换。 物理地址-线性地址 #define _va(x) (void *)(unsigned long)(x) + PAGE_OFFSET) 线性地址-物理地址 #define _pa(x) (unsigned long) (x) - PAGE_OFFSET),虚拟地址 用户空间中的变量地址一般都是虚拟地址。在内核中，虚拟地址是一个理解上的概念，它包含的范围比线性地址广。 注意：vmalloc出来的mem虽然虚拟地址仍然是连续的，但是物理上不一定连续，因为vmalloc不是工作在内核的低端内存空间。,如何理解？（3）, 2010 WRI .,9,IO地址 访问IO内存的流程为： request_mem_region() - ioremap() - ioread8()/iowrite8() - iounmap() - release_mem_region() 其实，IO地址在ioremap之后，基本上可以把它当作普通的虚拟地址一样来操作。但是，需要注意的是，IO地址与RAM地址最大的区别在于IO操作具有边际效应。 由缓存引起的问题很好解决：访问IO区域时禁止硬件缓存； 由编译器优化引起的解决办法是：在特定顺序执行的操作之间使用内存屏障。,Summary （1）, 2010 WRI .,10,内存分配： #include void *kmalloc(size_t size, int flags); Void kfree(void *obj); #include void *kmalloc(unsigned long size); Void kfree(void *addr); 页分配函数： struct page *alloc_pages(unsigned int flags, unsigned int order); struct page *alloc_page (unsigned int flags); void _free_pages(struct page * page, unsigned int order); void _free_page (struct page * page); int get_order(unsigned long size);,Summary （2）, 2010 WRI .,11,内存区域的资源分配： #include #define request_mem_region(start,n,name) ; #define check_mem_region(start,n) ; #define release_mem_region(start,n) ; 映射IO地址空间到虚拟地址空间： #include void _iomem *ioremap(phys_addr_t address, unsigned long size); #define ioremap_nocache(addr, size) ioremap(addr), (size); void iounmap(volatile void _iomem *addr); 页分配函数： #include unsigned int ioread8(void _iomem *); unsigned int ioread16(void _iomem *); unsigned int ioread32(void _iomem *); void iowrite8(u8, void _iomem *); void iowrite16(u16, void _iomem *); void iowrite32(u32, void _iomem *);,Q & A, 2010 WRI .,12,