Linux高端内存管理之临时内核映射

临时内核映射区属于高端内存中的固定内核映射区中的一部分。当必须创建一个映射而当前的上下文又不能睡眠时，内核提供了临时映射（也就是所谓的原子映射）。有一组保留的映射，他们可以存放新创建的临时映射。内核可以原子地把高端内存中的一个页映射到某个保留的映射中。因此，临时映射可以用在不能睡眠的地方，比如中断处理程序中，因为获取映射时绝不会阻塞。

相关阅读：http://www.linuxidc.com/Linux/2012-02/53457.htm

每个CPU都有他自己的窗口集合，他们用enum km_type数据结构表示。该数据结构中定义的每个符号，如KM_BOUNCE_READ、KM_USER0等标示了窗口的线性地址。

[cpp]

1. enum km_type {  
   
2. KMAP_D(0)   KM_BOUNCE_READ,  
   
3. KMAP_D(1)   KM_SKB_SUNRPC_DATA,  
   
4. KMAP_D(2)   KM_SKB_DATA_SOFTIRQ,  
   
5. KMAP_D(3)   KM_USER0,  
   
6. KMAP_D(4)   KM_USER1,  
   
7. KMAP_D(5)   KM_BIO_SRC_IRQ,  
   
8. KMAP_D(6)   KM_BIO_DST_IRQ,  
   
9. KMAP_D(7)   KM_PTE0,  
   
10. KMAP_D(8)   KM_PTE1,  
    
11. KMAP_D(9)   KM_IRQ0,  
    
12. KMAP_D(10)  KM_IRQ1,  
    
13. KMAP_D(11)  KM_SOFTIRQ0,  
    
14. KMAP_D(12)  KM_SOFTIRQ1,  
    
15. KMAP_D(13)  KM_SYNC_ICACHE,  
    
16. KMAP_D(14)  KM_SYNC_DCACHE,  
    
17. /* UML specific, for copy_*_user – used in do_op_one_page */  
    
18. KMAP_D(15)  KM_UML_USERCOPY,  
    
19. KMAP_D(16)  KM_IRQ_PTE,  
    
20. KMAP_D(17)  KM_NMI,  
    
21. KMAP_D(18)  KM_NMI_PTE,  
    
22. KMAP_D(19)  KM_TYPE_NR  
    
23. };  

在km_type中的每个符号（除了最后一个）都是固定映射的线性地址的一个下标。enum fixed_addressed数据结构包含符号FIX_KMAP_BEGIN和FIX_KMAP_END；把后者的值赋成下标FIX_KMAP_BEGIN+(KM_TYPE_NR*NR_CPUS)-1。在这种方式下，系统中的每个CPU都有KM_TYPE_NR个固定映射的线性地址。

[cpp]

1. enum fixed_addresses {  
   
2.    ……  
   
3. FIX_KMAP_BEGIN, /* reserved pte’s for temporary kernel mappings */  
   
4. FIX_KMAP_END = FIX_KMAP_BEGIN+(KM_TYPE_NR*NR_CPUS)-1,  
   
5.    ……  
   
6. }  

临时内核映射的建立

内核调用kmap_atomic()函数

[cpp]

1. 用数学公式来避免混乱，他空间有限且虚拟地址固定，这意味着他映射的内存空间不能被  


2. 长时间占用，而不被unmap，在效率上比kmap提升不少，然而他和kmap不是用于统一  


3. 场合的，  


4. **/  


5. void *kmap_atomic(struct page *page, enum km_type type)  


6. {  


7.     return kmap_atomic_prot(page, type, kmap_prot);  


8. }  

[cpp]

1. /* 


2.  * kmap_atomic/kunmap_atomic is significantly faster than kmap/kunmap because 


3.  * no global lock is needed and because the kmap code must perform a global TLB 


4.  * invalidation when the kmap pool wraps. 


5.  * 


6.  * However when holding an atomic kmap it is not legal to sleep, so atomic 


7.  * kmaps are appropriate for short, tight code paths only. 


8.  */  


9. void *kmap_atomic_prot(struct page *page, enum km_type type, pgprot_t prot)  


10. {  


11.     enum fixed_addresses idx;  


12.     unsigned long vaddr;  


13.   


14.     /* even !CONFIG_PREEMPT needs this, for in_atomic in do_page_fault */  


15.     /**原子映射是基于每个cpu的，因此在当前cpu上应用抢占，直到unmap的时候才 


16.     开启，这样不会导致原子映射的重入了， 


17.     */  


18.     pagefault_disable();  


19.   


20.     if (!PageHighMem(page))  


21.         return page_address(page);  


22.   


23.     /* 递增type，保证下面公式起作用 */  


24.     debug_kmap_atomic(type);  


25.     /* 


26.     kernel可以在多个cpu上同时运行不同的task，然而他们共同使用一个内存地址空间， 


27.     也就是说，内存空间对于多个cpu看到的是同一个，该函数使用的是地址空间中顶部的 


28.     一小段地址空间，也就是临时映射区，内核逻辑将这一小段地址空间分成若干各节 


29.     每一节的大小是一个页面的大小，可以映射一个页面，根据公用地址空间的原理 


30.     所有的cpu共同使用这些节，因此如何能保证N个cpu调用此函数不会将page映射到   一个地址呢，这就是这个数学公式所起到的作用 


31.     */  


32.     idx = type + KM_TYPE_NR*smp_processor_id();  


33.     vaddr = __fix_to_virt(FIX_KMAP_BEGIN + idx);  


34.     /*这里为什么是减法 


35.     越靠前的枚举项对应的线性地址越靠后*/  


36.     BUG_ON(!pte_none(*(kmap_pte-idx)));  


37.     /*设置pte*/  


38.     set_pte(kmap_pte-idx, mk_pte(page, prot));  


39.   


40.     return (void *)vaddr;  


41. }  

[cpp]

1. #define __fix_to_virt(x)    (FIXADDR_TOP – ((x) << PAGE_SHIFT))  

撤销临时映射

kunmap_atomic()，这个函数减少当前进程的preempt_count;因此，如果在请求临时内核映像之前能抢占内核控制路径，那么在同一个映像被撤销后可以再次抢占。