Linux device driver 3 笔记 之 内存映射

今天自己学习 Linux设备驱动程序 第三版 第15章 内存映射和DMA. 感觉有点吃力。主要是对内存映射很多术语和概念不是很清楚，理解起来有点费劲。

后来结合英文原版，静下心来仔细学习，才算是有了一点进展。

现在在这里做一个笔记，以备以后复习用。

 

低端内存和高端内存

书中的图15-1有点误导人。图中将 内核虚拟地址 和 内核逻辑地址 分开了。其实应该是并在一起的。

内核虚拟地址 是 内核逻辑地址 的一个超集。 所有的内核逻辑地址都是内核虚拟地址。 但内核虚拟地址不一定是内核逻辑地址。

 

在32位系统中，用32位最大能表示4G内存。这4G就形成了虚拟地址的范围。内核将这4G做了一个划分。

一般将3G划给用户空间，1G划给内核空间。这1G就是所谓的内核地址空间。也就是1G内核虚拟地址。（注意前面说了，内核虚拟地址是内核逻辑地址的超集）

内核只能访问这1G的内核地址空间。对所有物理内存的访问，都必须映射到这1G内核地址空间。

在这1G内核地址空间中，有一部分地址是与物理地址具有一一对应关系的，他们之间只不过是差了一个固定的偏移量。

这部分地址就是内核逻辑地址了。也就是说内核逻辑地址与物理内存的映射是线性的。

而与内核逻辑地址对应的物理内存，或者说通过内核逻辑地址映射到物理内存，就是所谓的低端内存。

 

前面说了，内核地址空间只有1G，那其中的内核逻辑地址范围一定会略小于1G。那在配置了很大内存的系统中（超过1G），有部分内存就肯定无法通过内核逻辑地址来直接映射。

这部分无法通过内核逻辑地址来直接映射的内存就是 高端内存。

内核只能通过自己的1G的内核地址空间来访问内存。那要访问这些高端内存，就必须进行必要的映射。把高端内存映射到内核地址空间范围内。

引用Linux device driver 一书 第三版 第15章 中 kmap() 函数的介绍：

对于高端内存，kmap在专用的内核地址空间创建特殊的映射。对该种映射的数量是有限的。

也即是说，内核在内核地址空间（1G）中划分出一部分，专门用来映射高端内存。

等于说，这部分内核地址空间的地址是所有高端内存共享的。要用的时候，通过kmap进行映射，用完了，通过kunmap返还。

内存映射 和 page struct

提到page，想到的应该是物理内存。可以把page理解成物理内存的一个单位。内核不是以字节为单位来管理内存的，而是以页为单位来管理内存的。

所有的page，都是指物理内存。

因为内核地址空间无法直接表示所有的物理内存，所以仅通过一个内存地址无法代表一个物理内存。为了在内存中对物理内存进行抽象，就使用page这个结构体。

可以说，page结构体是内核中对所物理内存的一个抽象。所有物理内存中的一个页，都有一个page结构体的实例与之对应。拿到一个page结构体实例，你应该要意识到，这是一页物理内存。

内核维护了page结构体的数组，来跟踪系统中的物理内存。

虚拟内存区 (VMA)
其实就是段啦。代码段，数据段之类的。就是一片内存区域，在这片区域中的内存具有相同的一些属性，这些属性包括但不限于 权限，owner之类。在进行mmap操作时，其实就是要创建这样一个虚拟的内存区域（VMA）。