内存映射函数remap_pfn_range学习——代码分析(3)

作者

彭东林
QQ 405728433
 

平台

Linux-4.10.17
Qemu-2.8 + vexpress-a9

概述

前面两篇介绍了remap_pfn_range的使用,下面学习一下该函数的实现。
 

正文

前提: 下面的分析基于2级页表
 
remap_pfn_range的实现在mm/memory.c。
 1 int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
 2             unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t prot)
 3 {
 4     pgd_t *pgd;
 5     unsigned long next;
 6     unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
 7     struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 8     unsigned long remap_pfn = pfn;
 9     int err;
10     
11     /*
12      * Physically remapped pages are special. Tell the
13      * rest of the world about it:
14      *   VM_IO tells people not to look at these pages
15      *    (accesses can have side effects).
16      *   VM_PFNMAP tells the core MM that the base pages are just
17      *    raw PFN mappings, and do not have a "struct page" associated
18      *    with them.
19      *   VM_DONTEXPAND
20      *      Disable vma merging and expanding with mremap().
21      *   VM_DONTDUMP
22      *      Omit vma from core dump, even when VM_IO turned off.
23      *
24      * There's a horrible special case to handle copy-on-write
25      * behaviour that some programs depend on. We mark the "original"
26      * un-COW'ed pages by matching them up with "vma->vm_pgoff".
27      * See vm_normal_page() for details.
28      */
29     vma->vm_flags |= VM_IO | VM_PFNMAP | VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP;
30 
31     BUG_ON(addr >= end);
32     pfn -= addr >> PAGE_SHIFT;
33     pgd = pgd_offset(mm, addr);
34     flush_cache_range(vma, addr, end);
35     do {
36         next = pgd_addr_end(addr, end);
37         err = remap_pud_range(mm, pgd, addr, next,
38                 pfn + (addr >> PAGE_SHIFT), prot);
39         if (err)
40             break;
41     } while (pgd++, addr = next, addr != end);
42 
43     return err;
44 }
第2行,pfn是将要被映射的物理页帧号,size表示需要映射的尺寸
第6行,计算本次映射的结尾虚拟地址
第32行的pfn-=addr>>PAGE_SHIFT,和第38行的pfn+(addr>>PAGE_SHIFT)是为了循环处理上的便利
第33行,计算addr在第1级页表中对应的页表项的地址,pgd_offset宏展开后是:mm->pgd + (addr >>21)
第34行,刷新cache
第36行,pgd_addr_end(addr, end)计算下一个将要被映射的虚拟地址,如果addr到end可以被一个pgd映射的话,那么返回end的值
第37行的remap_pud_range的定义如下:
 1 static inline int remap_pud_range(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd,
 2             unsigned long addr, unsigned long end,
 3             unsigned long pfn, pgprot_t prot)
 4 {
 5     pud_t *pud;
 6     unsigned long next;
 7 
 8     pfn -= addr >> PAGE_SHIFT;
 9     pud = pud_alloc(mm, pgd, addr);
10     if (!pud)
11         return -ENOMEM;
12     do {
13         next = pud_addr_end(addr, end);
14         if (remap_pmd_range(mm, pud, addr, next,
15                 pfn + (addr >> PAGE_SHIFT), prot))
16             return -ENOMEM;
17     } while (pud++, addr = next, addr != end);
18     return 0;
19 }
第9行,对于2级页表,pud_alloc(mm, pgd, addr)返回的是pgd的值
第13行,对于2级页表,pud_addr_end(addr, end)返回end的值
第14行,函数remap_pmd_range定义如下:
 1 static inline int remap_pmd_range(struct mm_struct *mm, pud_t *pud,
 2             unsigned long addr, unsigned long end,
 3             unsigned long pfn, pgprot_t prot)
 4 {
 5     pmd_t *pmd;
 6     unsigned long next;
 7 
 8     pfn -= addr >> PAGE_SHIFT;
 9     pmd = pmd_alloc(mm, pud, addr);
10     if (!pmd)
11         return -ENOMEM;
12     VM_BUG_ON(pmd_trans_huge(*pmd));
13     do {
14         next = pmd_addr_end(addr, end);
15         if (remap_pte_range(mm, pmd, addr, next,
16                 pfn + (addr >> PAGE_SHIFT), prot))
17             return -ENOMEM;
18     } while (pmd++, addr = next, addr != end);
19     return 0;
20 }
第9行,对于2级页表,pmd_alloc(mm, pud, addr)返回的是pud的值,其实也就是pgd的值
第14行,对于2级页表,pmd_addr_end(addr, end)返回end的值
第15行,函数remap_pte_range定义如下:
 1 static int remap_pte_range(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmd,
 2             unsigned long addr, unsigned long end,
 3             unsigned long pfn, pgprot_t prot)
 4 {
 5     pte_t *pte;
 6     spinlock_t *ptl;
 7 
 8     pte = pte_alloc_map_lock(mm, pmd, addr, &ptl);
 9     if (!pte)
10         return -ENOMEM;
11     arch_enter_lazy_mmu_mode();
12     do {
13         BUG_ON(!pte_none(*pte));
14         set_pte_at(mm, addr, pte, pte_mkspecial(pfn_pte(pfn, prot)));
15         pfn++;
16     } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
17     arch_leave_lazy_mmu_mode();
18     pte_unmap_unlock(pte - 1, ptl);
19     return 0;
20 }
第8行,pte_alloc_map_lock的定义如下:
#define pte_alloc_map_lock(mm, pmd, address, ptlp)    \
    (pte_alloc(mm, pmd, address) ?            \
         NULL : pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, ptlp))
pte_alloc首先检查*pmd是否为空,如果为空的话,表示第2级页表还尚未分配,那么调用__pte_alloc分配一个页(其实是调用alloc_pages分配了一个page,也就是4KB),并将起始地址存放的*pmd中,其实就是*pgd。如果不出意外的话,pte_alloc返回0,这样pte_offset_map_lock就会被调用,返回address在第2级页表中的表项的地址
 
第14行,调用pte_mkspecial构造第2级页表项的内容,函数set_pte_at用于将表项内容设置到pte指向的第2级页表项中
第15行,计算下一个将要被映射的物理页帧号
第16行,计算第2级页表项中下一个将要被填充的表项的地址
 
 
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