一幅图让你彻底明白虚拟地址与物理地址的映射关系

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");
    

复制代码

我在这个LED驱动程序中怎么没有看到虚拟地址到物理地址的映射啊，我觉得应该有一个ioremap（）才对啊，怎么没有呢？为了不耽误大家逛MM论坛的时间，先发张MM图。。。。

ywf851207

从线性地址到物理地址的转换，实际上是一种映射。所有进程的3~4G的线性地址实际上是映射到相同的物理地址的。这一点不多说了。为了方便起见， 3~4G的线性地址与对应的物理地址基本上是呈线性关系的。即线性地址=物理地址+3G。但是如果把这1G的线性地址都简单地处理为对应物理地址+3G，就会有新的问题产生。例如，如果物理地址大于4G，那么内核就没法访问这些地址了。所以，内核必须要从这1G的线性空间中预留一部分，作其它用途，（例如，映射高端物理地址）。经过实践，发现128M线性地址够用了。所以，3~4G的线性地址中896M映射到物理地址中的0~896M，剩下的128M挪作它用，例如，内核空间的非线性映射（在vmalloc中使用）以及高于4G的物理地址的映射。
        我曾经产生过的疑问：
        1.如果物理内存小于896M，那不是所有的物理地址都被内核用完，没有内存留给用户空间了么？
        事实上，小于896M时，同一块物理内存可能同时被映射到用户空间和内核空间，从数学的角度来讲，也就是所谓的“双箭一雕”。我们相信内核是没有bug的，所以不用担心因此产生的内核对用户空间数据破坏的可能性。
        2.如果物理内存小于896M，所有物理内存地址都与内核线性地址相差3G，那vmalloc不是没有内存使用了么？
        不使用vmalloc当然是不可能的，因为模块装载时就会用到vmalloc。原理与问题1一样，即使在内核空间，也可能多个线性地址映射到同一个物理地址，也就是“双箭一雕”。所以vmalloc仍然能获得相应的物理内存。
        对以上两个问题的小结。系统在启动时会把前896M物理地址映射到3G以上的线性空间。但是映射不等于使用。事实上内核只使用了很小一部分（一般才几M）。只要有足够的未使用的物理内存，用户进程和vmalloc都不会有问题。
        3.如果物理内存大于896M。那对内核而言不是无法在同一时刻访问所有的物理内存了么？
        是的，虽然内核可以通过临时映射和永久映射来访问所有的物理内存，但是用到的线性地址很有限，即一次只能访问一小部分物理内存。当无法访问到更高地址物理内存时，只能通过修改内核页表来达到目的。但是，这对内核就足够了。因为上面说过，内核所需要的内存很少。内核只是偶尔会访问一下高端内内存。而对于用户进程而言，只要页表开启了PAE，就可以访问64G以内的物理内存（虽然只有4G的线性空间，但是也足够了。）
        4.内核页表是如何共享的呢？
        我们知道所有的进程共享内核空间，所以共享内核页表是很自然的事。理论上内核只有一个页表，对应的内核全局页目录swapper_pg_dir，所有进程的页目录的最高256项与swapper_pg_dir相同。可惜的是，每个进程有自己的页目录，共1024项。其中最高的256项指向的是内核空间。尽管这些页目录项可以指向同样的内核页表，但是一旦内核页目录改变了，所有进程的页目录都需要同步。这种情况是存在的。比如内核调用vmalloc时。
        幸亏有了页错误，我们可以从容地处理页目录的同步。如果内核调用了vmalloc，内核只修改内核全局页目录。当其它进程访问vmalloc产生的线性空间时，会产生页错误。页错误处理程序可以判断当前的页错误是由于vmalloc产生的，于是修改对应的页目录，使它们与内核全局页目录保持一致。

duanius

求楼主头像大图
jerometao 发表于 2011-01-06 11:23

    同求，最好是仰视角度

sky-鹏

没整明白

stoneyzjw

看看操作系统原理就明白了。

amarant

22楼的总结非常好啊。好多问题我也困惑了很久。

amarant

我在这个LED驱动程序中怎么没有看到虚拟地址到物理地址的映射啊，我觉得应该有一个ioremap（）才对啊，怎么 ...
ywf851207 发表于 2011-01-11 20:19

    你看看S3C2410_GPB5_OUTP的定义吧。

    我拿一个我这里的定义，不知道跟你是不是一样，我觉得应该有一个地方把这里映射到了寄存器上了。我再仔细看看arm启动分析去


#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

宏观上可以这么理解吧。言简易懂

mi_zy

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东方云滨

怎么看不见图啊啊