linux高端内存管理之临时内核映射

临时内核映射区属于高端内存中的固定内核映射区中的一部分。当必须创建一个映射而当前的上下文又不能睡眠时，内核提供了临时映射（也就是所谓的原子映射）。有一组保留的映射，他们可以存放新创建的临时映射。内核可以原子地把高端内存中的一个页映射到某个保留的映射中。因此，临时映射可以用在不能睡眠的地方，比如中断处理程序中，因为获取映射时绝不会阻塞。

每个CPU都有他自己的窗口集合，他们用enum km_type数据结构表示。该数据结构中定义的每个符号，如KM_BOUNCE_READ、KM_USER0等标示了窗口的线性地址。

enum km_type {
KMAP_D(0)	KM_BOUNCE_READ,
KMAP_D(1)	KM_SKB_SUNRPC_DATA,
KMAP_D(2)	KM_SKB_DATA_SOFTIRQ,
KMAP_D(3)	KM_USER0,
KMAP_D(4)	KM_USER1,
KMAP_D(5)	KM_BIO_SRC_IRQ,
KMAP_D(6)	KM_BIO_DST_IRQ,
KMAP_D(7)	KM_PTE0,
KMAP_D(8)	KM_PTE1,
KMAP_D(9)	KM_IRQ0,
KMAP_D(10)	KM_IRQ1,
KMAP_D(11)	KM_SOFTIRQ0,
KMAP_D(12)	KM_SOFTIRQ1,
KMAP_D(13)	KM_SYNC_ICACHE,
KMAP_D(14)	KM_SYNC_DCACHE,
/* UML specific, for copy_*_user - used in do_op_one_page */
KMAP_D(15)	KM_UML_USERCOPY,
KMAP_D(16)	KM_IRQ_PTE,
KMAP_D(17)	KM_NMI,
KMAP_D(18)	KM_NMI_PTE,
KMAP_D(19)	KM_TYPE_NR
};

在km_type中的每个符号（除了最后一个）都是固定映射的线性地址的一个下标。enum fixed_addressed数据结构包含符号FIX_KMAP_BEGIN和FIX_KMAP_END；把后者的值赋成下标FIX_KMAP_BEGIN+(KM_TYPE_NR*NR_CPUS)-1。在这种方式下，系统中的每个CPU都有KM_TYPE_NR个固定映射的线性地址。

enum fixed_addresses {
   ……
FIX_KMAP_BEGIN,	/* reserved pte's for temporary kernel mappings */
FIX_KMAP_END = FIX_KMAP_BEGIN+(KM_TYPE_NR*NR_CPUS)-1,
   ……
}

临时内核映射的建立

内核调用kmap_atomic()函数

用数学公式来避免混乱，他空间有限且虚拟地址固定，这意味着他映射的内存空间不能被
长时间占用，而不被unmap，在效率上比kmap提升不少，然而他和kmap不是用于统一
场合的，
**/
void *kmap_atomic(struct page *page, enum km_type type)
{
	return kmap_atomic_prot(page, type, kmap_prot);
}

/*
 * kmap_atomic/kunmap_atomic is significantly faster than kmap/kunmap because
 * no global lock is needed and because the kmap code must perform a global TLB
 * invalidation when the kmap pool wraps.
 *
 * However when holding an atomic kmap it is not legal to sleep, so atomic
 * kmaps are appropriate for short, tight code paths only.
 */
void *kmap_atomic_prot(struct page *page, enum km_type type, pgprot_t prot)
{
	enum fixed_addresses idx;
	unsigned long vaddr;

	/* even !CONFIG_PREEMPT needs this, for in_atomic in do_page_fault */
	/**原子映射是基于每个cpu的，因此在当前cpu上应用抢占，直到unmap的时候才
	开启，这样不会导致原子映射的重入了，
	*/
	pagefault_disable();

	if (!PageHighMem(page))
		return page_address(page);

	/* 递增type，保证下面公式起作用 */
	debug_kmap_atomic(type);
	/*
	kernel可以在多个cpu上同时运行不同的task，然而他们共同使用一个内存地址空间，
	也就是说，内存空间对于多个cpu看到的是同一个，该函数使用的是地址空间中顶部的
	一小段地址空间，也就是临时映射区，内核逻辑将这一小段地址空间分成若干各节
	每一节的大小是一个页面的大小，可以映射一个页面，根据公用地址空间的原理
	所有的cpu共同使用这些节，因此如何能保证N个cpu调用此函数不会将page映射到	一个地址呢，这就是这个数学公式所起到的作用
	*/
	idx = type + KM_TYPE_NR*smp_processor_id();
	vaddr = __fix_to_virt(FIX_KMAP_BEGIN + idx);
	/*这里为什么是减法
	越靠前的枚举项对应的线性地址越靠后*/
	BUG_ON(!pte_none(*(kmap_pte-idx)));
	/*设置pte*/
	set_pte(kmap_pte-idx, mk_pte(page, prot));

	return (void *)vaddr;
}

#define __fix_to_virt(x)	(FIXADDR_TOP - ((x) << PAGE_SHIFT))

撤销临时映射

kunmap_atomic()，这个函数减少当前进程的preempt_count;因此，如果在请求临时内核映像之前能抢占内核控制路径，那么在同一个映像被撤销后可以再次抢占。