Linux内核高端内存管理之固定内存区与映射

前面（见 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-02/53457.htm 与 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-02/53458.htm）总结了高端内存中永久内核映射和临时内核映射。linux高端内存中的临时内存区为固定内存区的一部分，下面是Linux内存布局图

对于固定内存在linux内核中有下面描述

[cpp]

1. enum fixed_addresses {  
   
2. #ifdef CONFIG_X86_32   
   
3.     FIX_HOLE,  
   
4.     FIX_VDSO,  
   
5. #else   
   
6.     VSYSCALL_LAST_PAGE,  
   
7.     VSYSCALL_FIRST_PAGE = VSYSCALL_LAST_PAGE  
   
8.                 + ((VSYSCALL_END-VSYSCALL_START) >> PAGE_SHIFT) – 1,  
   
9.     VSYSCALL_HPET,  
   
10. #endif   
    
11.     FIX_DBGP_BASE,  
    
12.     FIX_EARLYCON_MEM_BASE,  
    
13. #ifdef CONFIG_X86_LOCAL_APIC   
    
14.     FIX_APIC_BASE,  /* local (CPU) APIC) — required for SMP or not */  
    
15. #endif   
    
16. #ifdef CONFIG_X86_IO_APIC   
    
17.     FIX_IO_APIC_BASE_0,  
    
18.     FIX_IO_APIC_BASE_END = FIX_IO_APIC_BASE_0 + MAX_IO_APICS – 1,  
    
19. #endif   
    
20. #ifdef CONFIG_X86_VISWS_APIC   
    
21.     FIX_CO_CPU, /* Cobalt timer */  
    
22.     FIX_CO_APIC,    /* Cobalt APIC Redirection Table */  
    
23.     FIX_LI_PCIA,    /* Lithium PCI Bridge A */  
    
24.     FIX_LI_PCIB,    /* Lithium PCI Bridge B */  
    
25. #endif   
    
26. #ifdef CONFIG_X86_F00F_BUG   
    
27.     FIX_F00F_IDT,   /* Virtual mapping for IDT */  
    
28. #endif   
    
29. #ifdef CONFIG_X86_CYCLONE_TIMER   
    
30.     FIX_CYCLONE_TIMER, /*cyclone timer register*/  
    
31. #endif   
    
32. #ifdef CONFIG_X86_32   
    
33.     FIX_KMAP_BEGIN, /* reserved pte’s for temporary kernel mappings */  
    
34.     FIX_KMAP_END = FIX_KMAP_BEGIN+(KM_TYPE_NR*NR_CPUS)-1,  
    
35. #ifdef CONFIG_PCI_MMCONFIG   
    
36.     FIX_PCIE_MCFG,  
    
37. #endif   
    
38. #endif   
    
39. #ifdef CONFIG_PARAVIRT   
    
40.     FIX_PARAVIRT_BOOTMAP,  
    
41. #endif   
    
42.     FIX_TEXT_POKE1, /* reserve 2 pages for text_poke() */  
    
43.     FIX_TEXT_POKE0, /* first page is last, because allocation is backward */  
    
44.     __end_of_permanent_fixed_addresses,  
    
45.     /* 
    
46.      * 256 temporary boot-time mappings, used by early_ioremap(), 
    
47.      * before ioremap() is functional. 
    
48.      * 
    
49.      * We round it up to the next 256 pages boundary so that we 
    
50.      * can have a single pgd entry and a single pte table: 
    
51.      */  
    
52. #define NR_FIX_BTMAPS       64   
    
53. #define FIX_BTMAPS_SLOTS    4   
    
54.     FIX_BTMAP_END = __end_of_permanent_fixed_addresses + 256 –  
    
55.             (__end_of_permanent_fixed_addresses & 255),  
    
56.     FIX_BTMAP_BEGIN = FIX_BTMAP_END + NR_FIX_BTMAPS*FIX_BTMAPS_SLOTS – 1,  
    
57. #ifdef CONFIG_PROVIDE_OHCI1394_DMA_INIT   
    
58.     FIX_OHCI1394_BASE,  
    
59. #endif   
    
60. #ifdef CONFIG_X86_32   
    
61.     FIX_WP_TEST,  
    
62. #endif   
    
63. #ifdef CONFIG_INTEL_TXT   
    
64.     FIX_TBOOT_BASE,  
    
65. #endif   
    
66.     __end_of_fixed_addresses  
    
67. };  

固定映射

ioremap的作用是将IO和BIOS以及物理地址空间映射到在896M至1G的128M的地址空间内，使得kernel能够访问该空间并进行相应的读写操作。

start_kernel()->setup_arch()->early_ioremap_init()

[cpp]

1. void __init early_ioremap_init(void)  
   
2. {  
   
3.     pmd_t *pmd;  
   
4.     int i;  
   
5.   
   
6.     if (early_ioremap_debug)  
   
7.         printk(KERN_INFO “early_ioremap_init()\n”);  
   
8.     /*将fixed_address里的索引的虚拟地址放入slot_virt 
   
9.     ，从代码里面可以看出，放入slot_virt中得虚拟地址为1M*/  
   
10.     for (i = 0; i < FIX_BTMAPS_SLOTS; i++)  
    
11.         slot_virt[i] = __fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN – NR_FIX_BTMAPS*i);  
    
12.   
    
13.     /*得到固定映射区的pmd 
    
14.     ，此pmd为虚拟地址转换为物理地址的pmd*/  
    
15.     pmd = early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));  
    
16.     memset(bm_pte, 0, sizeof(bm_pte));  
    
17.     /*将bm_pte页表设置为固定映射区开始地址的pmd的第一个页表；*/  
    
18.     pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, bm_pte);  
    
19.   
    
20.     /* 
    
21.      * The boot-ioremap range spans multiple pmds, for which 
    
22.      * we are not prepared: 
    
23.      */  
    
24.      /*系统要求所有的ioremap映射在一个pmd上，超出这个pmd将警告*/  
    
25.     if (pmd != early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END))) {  
    
26.         WARN_ON(1);  
    
27.         printk(KERN_WARNING “pmd %p != %p\n”,  
    
28.                pmd, early_ioremap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END)));  
    
29.         printk(KERN_WARNING “fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN): %08lx\n”,  
    
30.             fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));  
    
31.         printk(KERN_WARNING “fix_to_virt(FIX_BTMAP_END):   %08lx\n”,  
    
32.             fix_to_virt(FIX_BTMAP_END));  
    
33.   
    
34.         printk(KERN_WARNING “FIX_BTMAP_END:       %d\n”, FIX_BTMAP_END);  
    
35.         printk(KERN_WARNING “FIX_BTMAP_BEGIN:     %d\n”,  
    
36.                FIX_BTMAP_BEGIN);  
    
37.     }  
    
38. }  

[cpp]

1. static unsigned long slot_virt[FIX_BTMAPS_SLOTS] __initdata;  

[cpp]

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

其中FIXADDR_TOP为4G-4K。

对于ioremap的使用需要通过early_memremap和early_iounmap进行。由于对应于ioremap的内存空间是有限的，所以对于ioremap空间的使用遵照使用结束马上释放的原则。这就是说early_memremap和early_iounmap必须配对使用并且访问结束必须马上执行unmap。

[cpp]

1. static void __init __iomem *  
   
2. __early_ioremap(resource_size_t phys_addr, unsigned long size, pgprot_t prot)  
   
3. {  
   
4.     unsigned long offset;  
   
5.     resource_size_t last_addr;  
   
6.     unsigned int nrpages;  
   
7.     enum fixed_addresses idx0, idx;  
   
8.     int i, slot;  
   
9.   
   
10.     WARN_ON(system_state != SYSTEM_BOOTING);  
    
11.   
    
12.     slot = -1;  
    
13.     /*pre_map[]是一个索引与slot_virt[]一一对应，这段for 
    
14.     的含义在于找到一个没有被使用过的slot_virt[i]的页面， 
    
15.     该slot_virt[i]所指向的虚拟页面地址就是将会和实际物 
    
16.     理地址phys_addr相绑定的虚拟地址。*/  
    
17.     for (i = 0; i < FIX_BTMAPS_SLOTS; i++) {  
    
18.         if (!prev_map[i]) {  
    
19.             slot = i;  
    
20.             break;  
    
21.         }  
    
22.     }  
    
23.   
    
24.     if (slot < 0) {  
    
25.         printk(KERN_INFO “early_iomap(%08llx, %08lx) not found slot\n”,  
    
26.              (u64)phys_addr, size);  
    
27.         WARN_ON(1);  
    
28.         return NULL;  
    
29.     }  
    
30.   
    
31.     if (early_ioremap_debug) {  
    
32.         printk(KERN_INFO “early_ioremap(%08llx, %08lx) [%d] => “,  
    
33.                (u64)phys_addr, size, slot);  
    
34.         dump_stack();  
    
35.     }  
    
36.   
    
37.     /* Don’t allow wraparound or zero size */  
    
38.     last_addr = phys_addr + size – 1;  
    
39.     if (!size || last_addr < phys_addr) {  
    
40.         WARN_ON(1);  
    
41.         return NULL;  
    
42.     }  
    
43.   
    
44.     prev_size[slot] = size;  
    
45.     /* 
    
46.      * Mappings have to be page-aligned 
    
47.      */  
    
48.     offset = phys_addr & ~PAGE_MASK;/*offset是页内的偏移*/  
    
49.     phys_addr &= PAGE_MASK;/*现在phys_addr就是起始页面的地址*/  
    
50.     /*现在size就是指出了到底占据了多少个页面的大小*/  
    
51.     size = PAGE_ALIGN(last_addr + 1) – phys_addr;  
    
52.   
    
53.     /* 
    
54.      * Mappings have to fit in the FIX_BTMAP area. 
    
55.      */  
    
56.      /*到底我们需要多少页面*/  
    
57.     nrpages = size >> PAGE_SHIFT;  
    
58.     if (nrpages > NR_FIX_BTMAPS) {  
    
59.         WARN_ON(1);  
    
60.         return NULL;  
    
61.     }  
    
62.   
    
63.     /* 
    
64.      * Ok, go for it.. 
    
65.      */  
    
66.      /*找到空闲slot所对应的fixed_address中的索引号*/  
    
67.     idx0 = FIX_BTMAP_BEGIN – NR_FIX_BTMAPS*slot;  
    
68.     idx = idx0;  
    
69.     while (nrpages > 0) {  
    
70.         /*在bm_ptes中将指定的idx索引的页表项填充为对应的物理地址使得bm_pte[idx]指向正确的物理页面地址*/  
    
71.         early_set_fixmap(idx, phys_addr, prot);  
    
72.         phys_addr += PAGE_SIZE;  
    
73.         –idx;  
    
74.         –nrpages;  
    
75.     }  
    
76.     if (early_ioremap_debug)  
    
77.         printk(KERN_CONT “%08lx + %08lx\n”, offset, slot_virt[slot]);  
    
78.     /*返回phys_addr所指向的虚拟地址*/  
    
79.     prev_map[slot] = (void __iomem *)(offset + slot_virt[slot]);  
    
80.     return prev_map[slot];  
    
81. }