Linux内存管理和分析vmalloc使用的地址范围

static inline void mem_mapping_linear(void)
{
  unsigned long pageoffset, sectionNumber;
  /*4GB虚拟地址映射到相应的物理地址上，均不能缓存*/
  for (sectionNumber = 0; sectionNumber < 4096; sectionNumber++)
  {
    pageoffset = (sectionNumber << 20);
    *(mmu_tlb_base + (pageoffset >> 20)) = pageoffset | MMU_SECDESC;
    //mmu_tlb_base为存放页表的首地址,tlb是转换旁路缓存，是转换表的Cache
  }
  /*使能DRAM的区域可缓存*/
  /*SDRAM物理地址0x30000000-0x33ffffff，DRAM_BASE=0x30000000，DRAM_SIZE=64M*/
  for (pageoffset = DRAM_BASE; pageoffset < (DRAM_BASE + DRAM_SIZE); pageoffset += SZ_1M)
  {
    *(mmu_tlb_base + (pageoffset >> 20)) = pageoffset | MMU_SECDESC | MMU_CACHEEABLE;
  }
}

caddr_t mmap(caddr_t addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

/*

**参数fd为文件描述符，

**len是映射到用户空间的字节数，它从被映射文件开头offset开始算起

**prot指定访问权限，PROT_READ（可读）、PROT_WRITE（可写）、PROT_EXEC（可执行）、PROT_NONE（不可访问）

**参数addr指定文件应被映射到用户空间的起始地址，一般为NULL，这样起始地址的任务将由内核完成，而函数返回值就是映射到用户空间的地址

*/

1、在进程的虚拟空间查找一块VMA

2、将这块VMA进行映射到设备地址空间，如果file_operations定义了mmap()操作，则调用它

3、将这个VMA插入到进程的VMA链表中

static int
fb_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct * vma)
{
    int fbidx = iminor(file–>f_path.dentry–>d_inode);
    struct fb_info *info = registered_fb[fbidx];
    struct fb_ops *fb = info–>fbops;
    unsigned long off;
    unsigned long start;
    u32 len;

    if (vma–>vm_pgoff > (~0UL >> PAGE_SHIFT))
        return –EINVAL;
    off = vma–>vm_pgoff << PAGE_SHIFT;
    if (!fb)
        return –ENODEV;
    if (fb–>fb_mmap) {
        int res;
        lock_kernel();
        res = fb–>fb_mmap(info, vma);
        unlock_kernel();
        return res;
    }

    lock_kernel();

    /* frame buffer memory */
    start = info–>fix.smem_start;
    len = PAGE_ALIGN((start & ~PAGE_MASK) + info–>fix.smem_len);
    if (off >= len) {
        /* memory mapped io */
        off –= len;
        if (info–>var.accel_flags) {
            unlock_kernel();
            return –EINVAL;
        }
        start = info–>fix.mmio_start;
        len = PAGE_ALIGN((start & ~PAGE_MASK) + info–>fix.mmio_len);
    }
    unlock_kernel();
    start &= PAGE_MASK;
    if ((vma–>vm_end – vma–>vm_start + off) > len)
        return –EINVAL;
    off += start;
    vma–>vm_pgoff = off >> PAGE_SHIFT;
    /* This is an IO map – tell maydump to skip this VMA */
    vma–>vm_flags |= VM_IO | VM_RESERVED;
    fb_pgprotect(file, vma, off);
    if (io_remap_pfn_range(vma, vma–>vm_start, off >> PAGE_SHIFT,
             vma–>vm_end – vma–>vm_start, vma–>vm_page_prot))
        return –EAGAIN;
    return 0;
}

/*

**这段代码的核心是io_remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, off >> PAGE_SHIFT, vma->vm_end – vma->vm_start, vma->vm_page_prot))
**其中vma->vm_start就是用户内存映射开始处的虚拟地址
**vma->vm_end – vma->vm_start是映射的虚拟地址范围
**而off >> PAGE_SHIFT是虚拟地址应该映射到的物理地址off的页帧号，实际上就是物理地址off右移了PAGE_SHIFT位：
off = vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;
start = info->fix.smem_start;//smem_start是显存的起始物理地址
start &= PAGE_MASK;
off += start;
**从上述过程可以看出，将显存的物理地址的页帧号映射到用户空间的虚拟地址上

**mmap必须以PAGE_SIZE为单位进行映射，实际上内存只能以页为单位进行映射，如果非PAGE_SIZE整数倍的地址范围，要先进行页对齐，强行以PAGE_SIZE的倍数大小进行映射

*/

/*内核模块加载函数*/
int __init kmalloc_map_init(void)
{
    //申请设备号，添加cdev结构体
    buffer = kmalloc(BUFFER_SIZE, GFP_KERNEL);
    for (page = virt_to_page(buffer); page < virt_to_page(buffer + BUFFER_SIZE); page++)
    {
        mem_map_reserve(page);//置页为保留，virt_to_page()将内核虚拟地址转化为页
    }
}
/*mmap()函数*/
static int kmalloc_map_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
    unsigned long page, pos;
    unsigned long start = (unsigned long)vma–>vm_start;
    unsigned long size = (unsigned long)(vma–>vm_end – vma–>vm_start);
    if (size > BUFFER_SIZE)
    {
        return – EINVAL;
    }
    pos = (unsigned long)buffer;
    /*映射buffer中的所有页*/
    while (size > 0)
    {
        page = virt_to_phys((void *)pos);
        if (remap_page_range(start, page, PAGE_SIZE, PAGE_SHARED))
            return – EAGAIN;
        start += PAGE_SIZE;
        pos += PAGE_SIZE;
        size –= PAGE_SIZE;
    }

/*

**可否用io_remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, virt_to_phys((void *)buffer) >> PAGE_SHIFT, vma->vm_end – vma->vm_start, PAGE_SHARED)来替代remap_page_range？

**在Linux kernel 2.6.27中，已经找不到remap_page_range的实现，见Linux kernel change log: Changes remap_page_range to remap_pfn_range for 2.6.10 and above kernels

*/
    return 0;
}