LINUX内存管理办法.doc

1、 ARM中有个储存控制器：8个BANK，每个bank128M,共1G。S3C2410、2440对外引出的27根地址线ADDR0ADDR26，因此访问范围只有128MB, 那么如何达到1G的访问空间呢？CPU还对外引出了8根片选信号线Ngcs0Ngcs7,对应于BANK0BANK7。每个BANK可接一种ROMSRAM（网卡等），BANK67可以接SDRAM，每个BNAK都有自己的起始地址和结束地址，具体外接的ROMSRAM使用的地址要根据BANK的起始地址和ROM、SRAM使用的地址线的条数。2、 内存管理单元MMU：MMU负责虚拟地址到物理地址的映射、内存访问权限的保护（用户空间不能直接访问内核空间）。32位的CPU虚拟内存地址范围为00xFFFFFFFF（4G的地址访问空间），我们把这个地址范围称为虚拟地址空间，其中的某个地址称为虚拟地址。物理地址到虚拟地址的映射，虚拟地址到物理地址的转换（程序才能访问内存）都要用到MMU。因此没启动MMU时，CPU核、cache、MMU、物理外设使用的都是物理地址，启动MMU后，cpu看到的是虚拟地址VA，caches和MMU看不见VA，只能看见变化后的虚拟地址MVA，实际的物理设备看不到VA和MVA，读写它们时使用的是物理地址PA。3、 虚拟地址到物理地址的转换过程：4、 虚拟地址就是线性地址，比如ARM是32位5、 逻辑地址是程序编译以后得到的汇编代码使用的地址，物理地址就是具体的内存地址6、 CPU要将一个逻辑地址转换成为物理地址，程序才能访问具体的设备。需要两步：首先CPU利用段式内存管理单元，将逻辑地址转换成线性地址（虚拟地址），再利用页式内存管理单元把线性地址最终转换成物理地址7、 什么是段式管理单元。把虚拟内存分为一段一段的形式，称为逻辑段。一个逻辑段由段基地址和段内偏移量组成8、 逻辑地址=段基地址（保持在段基地址寄存器）+段内偏移量 线性地址=段寄存器的值x16+逻辑地址的偏移量。实现了逻辑地址到线性地址的转变。（是在16位X86里面用的）9、 Linux系统有限制的使用了段式管理技术（把基地址设为0）而使用的是页式管理技术。把线性地址被分为固定长度的组，每个组称为页。而物理页是划分实在的物理存储单元。用映射关系就可以从虚拟地址访问物理地址（从页到物理页）。怎么从线性地址找到具体的页？看下面的图可知：32位的线性地址前10位保存的是物理页目录信息，中间10位保存的是物理页表信息，最后的12位保存的是OFFSET就可得到具体的哪个物理页，也就从虚拟地址到物理地址的转变。也称为映射。Cr3称为页表基址寄存器。10、 在linux中，因为每个段的基地址为0，所以逻辑地址和线性地址（虚拟地址）保持一致。逻辑地址=线性地址=虚拟地址，linux完全使用页式管理。11、12、 用户空间：用户进程运行在3G的用户空间，所以每当进程切换，用户空间也要变化（页目录和页表会变化）。用malloc来分配这里的地址，利用的是请页机制。利用MMAP函数可以把设备的物理地址映射到用户空间，那就实现了直接在用户空间访问设备。内核空间也不能直接访问物理内存，要通过系统调用后在内核空间才能访问内存用malloc分配到的只是虚拟地址，只有在真正访问这些虚拟地址的时候，系统才调用请页机制（分页技术）来实现从虚拟地址到物理地址的转变。13、 内核地址空间：首先是直接内存映射区，也称物理内存映射区，一般长度为896MB，这里对应了具体物理设备的0896MB，只是有一个3G的偏移，把外接的SDRAM的首地址映射到3GB处。一般用kmalloc、get_free_pages来申请这个区域的内存。这里的虚拟地址到物理地址的转换很简单，只要把虚拟地址-3GB就得到了对应的物理地址。再到动态（虚拟）内存映射区，vmalloc函数分配的内存在这里，还有IOremap分配的也是内核空间的虚拟内存区。 再到高端内存映射区，访问物理内存896M以上的内存，先使用alloc_page（_GFP_HIGHMEM）分配高端内存页，在用KMAP函数将分配到的高端内存映射到该区域。二、DMA1、访问内存直接跳过了CPU，在使用kmalloc，_get_free_pages()及其类似的函数申请DMA 缓冲区时要使用GFP_DMA标志，这样能保证获得的内存位于DMA_ZONE，是具备DMA能力的。 内核中定义了快捷方式_get_dma_pages()来申请，内自带了GFP_DMA标志和order页指数。也可用dma_mem_alloc（int size）函数。 2、总线地址是从设备角度上看到的内存地址。DMA缓冲区要考虑cache（高速缓存，把反复使用的大小相同的内存块集中在一个内存池里面）一致性，同样一个数据可能存在cache中，也纯在于主存中，cache与主存的数据一样就一致，因为在使能DMA的区域内，内存可能被DMA修改了，但是CPU不知道，依然使用陈旧的cache数据，这样就发生了cache与内存之间数据不一致的错误。为了分配的DMA一致性，我们用dma_alloc_coherent （）函数来分配DMA区域。但是并不是所有的DMA缓冲区都是驱动申请的，如果是驱动申请的直接用上面的函数申请就确保了一致性。但很多情况下缓冲区来自内核的较上层（如网络报文），上层很可能是使用kmalloc