内核映射

尽管 vmalloc 函数族可用于从高端内存域向内核映射页帧（这些在内核空间中通常是无法直接看

到的），但这并不是这些函数的实际用途。重要的是强调以下事实：内核提供了其他函数用于将

ZONE_HIGHMEM 页帧显式映射到内核空间，这些函数与 vmalloc 机制无关

1，持久内核映射

????????

????????如果需要将高端页帧长期映射（作为持久映射）到内核地址空间中，必须使用 kmap 函数。需要映射的页用指向page 的指针指定，作为该函数的参数。

????????如果没有启用高端支持，该函数的任务就比较简单。在这种情况下，所有页都可以直接访问，因此只需要返回页的地址，无需显式创建一个映射。

????????如果确实存在高端页，情况会比较复杂。类似于vmalloc ，内核首先必须建立高端页和所映射到的地址之间的关联。还必须在虚拟地址空间中分配一个区域以映射页帧，最后，内核必须记录该虚拟区域的哪些部分在使用中，哪些仍然是空闲的。

数据结构：page_address_map?

???????? 建立物理内存的page实例与其在虚拟内存区中位置之间的关联。

struct page_address_map {
	struct page *page;
	void *virtual;
	struct list_head list;
};

建立page→virtual的映射
page是一个指向全局mem_map数组中的page实例的指针；
virtual指定了该页在内核虚拟地址空间中分配的位置。

查找地址?

????????page_address首先检查传递进来的 page 实例在普通内存还是在高端内存。如果是前者，页地址可以根据page 在 mem_map 数组中的位置计算。对于后者，可通过上述散列表查找虚拟地址。

创建映射

为通过 page 指针建立映射，必须使用 kmap 函数。 ① 它只是一个前端，用于确认指定的页是否确实

在高端内存域中。否则，结果返回 page_address 得到的地址。如果确实在高端内存中，则内核将工作委托给kmap_high ，该函数定义如下：

void *kmap_high(struct page *page)
{
	unsigned long vaddr;

	lock_kmap();
	vaddr = (unsigned long)page_address(page);
	if (!vaddr)
		vaddr = map_new_virtual(page);
	pkmap_count[PKMAP_NR(vaddr)]++;
	BUG_ON(pkmap_count[PKMAP_NR(vaddr)] < 2);
	unlock_kmap();
	return (void*) vaddr;
}

page_address函数首先检查该页是否已经映射。如果它不对应到有效地址，则必须使用map_new_virtual映射该页。

从最后使用的位置（保存在全局变量last_pkmap_nr中）开始，反向扫描pkmap_count数组，直至找到一个空闲位置。如果没有空闲位置，该函数进入睡眠状态，直至内核的另一部分执行解除映射操作腾出空位。

解除映射

????????用kmap 映射的页，如果不再需要，必须用 kunmap 解除映射

关键函数： flush_all_zero_pkmaps

static void flush_all_zero_pkmaps(void)
{
	int i;
	int need_flush = 0;

	flush_cache_kmaps();

	for (i = 0; i < LAST_PKMAP; i++) {
		struct page *page;

		if (pkmap_count[i] != 1)
			continue;
		pkmap_count[i] = 0;

		BUG_ON(pte_none(pkmap_page_table[i]));

		page = pte_page(pkmap_page_table[i]);
		pte_clear(&init_mm, PKMAP_ADDR(i), &pkmap_page_table[i]);

		set_page_address(page, NULL);
		need_flush = 1;
	}
	if (need_flush)
		flush_tlb_kernel_range(PKMAP_ADDR(0), PKMAP_ADDR(LAST_PKMAP));
}

flush_cache_kmaps在内核映射上执行刷出，因为内核的全局页表已经修改；

扫描整个pkmap_count数组。计数器值为1的项设置为0，从页表删除相关的项，最后删除该映射；

最后，使用flush_tlb_kernel_range函数刷出所有与PKMAP区域相关的TLB项。

2，临时内存映射

? ? ? ? kmap_atomic，其执行是原子的。该函数的一个主要优点是它比普通的kmap快速。但它不能用于可能进入睡眠的代码。因此，它对于很快就需要一个临时页的简短代码，是非常理想的。

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

3，没有高端内存

使用通用版本的kmap返回页的地址，且不修改虚拟内存。不能用于中断处理程序，如果pkmap数组中没有空闲位置，该函数会进入睡眠状态，直至情形有所改善。

void *kmap_high(struct page *page);
void kunmap_high(struct page *page);

static inline void *kmap(struct page *page)
{
	BUG_ON(in_interrupt());
	if (!PageHighMem(page))
		return page_address(page);
	return kmap_high(page);
}

static inline void kunmap(struct page *page)
{
	BUG_ON(in_interrupt());
	if (!PageHighMem(page))
		return;
	kunmap_high(page);
}

void *kmap_atomic(struct page *page);
void __kunmap_atomic(void *kvaddr);

参考

《深入Linux内核架构》

剖析Linux内核物理内存管理-大学生教程-腾讯课堂 (qq.com)

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