我们来看一下在include/asm/i386/page.h中对内核空间中地址映射的说明及定义:
/*
* This handles the memory map.. We could make this a config
* option, but too many people screw it up, and too few need
* it.
*
* A __PAGE_OFFSET of 0xC0000000 means that the kernel has
* a virtual address space of one gigabyte, which limits the
* amount of physical memory you can use to about 950MB.
*
* If you want more physical memory than this then see the CONFIG_HIGHMEM4G
* and CONFIG_HIGHMEM64G options in the kernel configuration.
*/
#define __PAGE_OFFSET (0xC0000000)
……
#define PAGE_OFFSET ((unsigned long)__PAGE_OFFSET)
#define __pa(x) ((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET)
#define __va(x) ((void *)((unsigned long)(x)+PAGE_OFFSET))
源代码的注释中说明,如果你的物理内存大于950MB,那么在编译内核时就需要加CONFIG_HIGHMEM4G和CONFIG_HIGHMEM64G选项,这种情况我们暂不考虑。如果物理内存小于950MB,则对于内核空间而言,给定一个虚地址x,其物理地址为"x-
PAGE_OFFSET",给定一个物理地址x,其虚地址为"x+ PAGE_OFFSET"。
这里再次说明,宏__pa()仅仅把一个内核空间的虚地址映射到物理地址,而决不适用于用户空间,用户空间的地址映射要复杂得多。
2.内核映像
在下面的描述中,我们把内核的代码和数据就叫内核映像(kernel
image)。当系统启动时,Linux内核映像被安装在物理地址0x00100000开始的地方,即1MB开始的区间(第1M留作它用)。然而,在正常运行时,
整个内核映像应该在虚拟内核空间中,因此,连接程序在连接内核映像时,在所有的符号地址上加一个偏移量PAGE_OFFSET,这样,内核映像在内核空间的起始地址就为0xC0100000。
例如,进程的页目录PGD(属于内核数据结构)就处于内核空间中。在进程切换时,要将寄存器CR3设置成指向新进程的页目录PGD,而该目录的起始地址在内核空间中是虚地址,但CR3所需要的是物理地址,这时候就要用__pa()进行地址转换。在mm_context.h中就有这么一行语句:
asm volatile("movl %0,%%cr3": :"r" (__pa(next->pgd));
这是一行嵌入式汇编代码,其含义是将下一个进程的页目录起始地址next_pgd,通过__pa()转换成物理地址,存放在某个寄存器中,然后用mov指令将其写入CR3寄存器中。经过这行语句的处理,CR3就指向新进程next的页目录表PGD了。