如何从Linux内核中的任何地址获取struct page

Question

如何从Linux内核中的任何地址获取struct page

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我有现有的代码，它接收一个struct page *列表，并构建一个描述符表以与设备共享内存。该代码的上层当前期望使用vmalloc或来自用户空间的缓冲区分配的缓冲区，并使用vmalloc_to_page获取相应的struct page *。

现在，上层需要处理各种类型的内存，而不仅仅是通过vmalloc获得的内存。这可以是使用kmalloc获得的缓冲区、内核线程堆栈内部的指针或其他我不知道的情况。我唯一的保证是，此上层调用者必须确保在该点映射了问题内存缓冲区（即，在此点上访问buffer [i]对于所有0<=i<size都是有效的）。 如何获取与任意指针相应的struct page*？

将其放入伪代码中：

lower_layer(struct page*);
upper_layer(void *buffer, size_t size) {
    for (addr = buffer & PAGE_MASK; addr <= buffer + size; addr += PAGE_SIZE) {
        struct page *pg = vmalloc_to_page(addr);
        lower_layer(pg);
    }
}

现在我需要更改upper_layer以适应任何有效的缓冲区（而不更改lower_layer）。

我找到了virt_to_page，Linux设备驱动程序指示其操作“逻辑地址，而不是来自vmalloc或高内存的内存”。此外，is_vmalloc_addr测试地址是否来自vmalloc，而virt_addr_valid测试地址是否为有效虚拟地址（供virt_to_page使用；这包括kmalloc（GFP_KERNEL）和内核堆栈）。其他情况呢：全局缓冲区，高内存（虽然我现在可以忽略它），可能还有其他类型，我不知道吗？所以我可以重新阐述我的问题：

内核中所有内存区域的种类是什么？
如何区分它们？
如何获取每个区域的页面映射信息？

如果有影响，该代码正在运行于具有MMU的ARM上，并且内核版本至少为2.6.26。

- Gilles 'SO- stop being evil'

buffer 的目标是否需要满足任何对齐或大小的要求？ - Karmastan

@Karmastan：不，没有对齐约束。较低层将无论如何映射整个页面。我可以使用（干净等效的）buffer &= ~(PAGE_SIZE-1)来启动upper_layer。 - Gilles 'SO- stop being evil'

5个回答

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将地址映射到struct page

在Linux中，有一个要求需要快速地将虚拟地址映射到物理地址，并将struct page映射到它们的物理地址。Linux通过知道全局mem_map数组的位置来实现这一点，因为该全局数组具有指向表示系统中物理内存的所有struct pages的指针。所有架构都使用非常相似的机制来实现这一点，但是为了说明问题，我们仅仔细研究x86。

将物理地址映射到虚拟内核地址

任何虚拟地址都可以通过简单地减去PAGE_OFFSET来转换为物理地址，这本质上就是函数virt_to_phys()和宏__pa()所做的事情：

/* from <asm-i386/page.h> */
132 #define __pa(x)        ((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET)

/* from <asm-i386/io.h> */
 76 static inline unsigned long virt_to_phys(volatile void * address)
 77 {
 78         return __pa(address);
 79 }

显然，反向操作只需添加PAGE_OFFSET即可，该操作由函数phys_to_virt()和宏__va()执行。接下来，我们将看到如何将struct pages映射到物理地址。 有一个例外，virt_to_phys()无法用于将虚拟地址转换为物理地址。 具体而言，在PPC和ARM体系结构上，virt_to_phys()无法用于转换由consistent_alloc()函数返回的地址。在PPC和ARM体系结构上，consistent_alloc()用于返回从非缓存中用于DMA的内存。 内核中所有内存区域都有哪些种类？ <--- 点击这里查看。

- Lars

我已经阅读过那个。我的问题是，LDD3第15章或我的不完全理解中缺少了什么：虚拟地址是什么（不是全局缓冲区的地址，经过实验证明）？如何从虚拟（或任何其他）地址访问页面数据（struct page而不是物理地址）？ - Gilles 'SO- stop being evil'

@Gilles：也许这篇文章可以帮助理解什么是虚拟地址virtual memory。 - Lars

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对于用户空间分配的内存，您需要使用get_user_pages，它将为您提供与malloc'd内存相关联的页面列表，并增加其引用计数（一旦完成，您需要在每个页面上调用page_cache_release）。

对于vmalloc'd页面，vmalloc_to_page是您的朋友，我认为您不需要做任何事情。

- Hervé

page_cache_release不再可用，请改用put_page。 - Roi

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对于64位架构，gby的答案应该做出调整：

 pgd_t * pgd;
 pmd_t * pmd;
 pte_t * pte;
 struct page *page = NULL;
 pud_t * pud;
 void * kernel_address;

 pgd = pgd_offset(mm, address);
 pud = pud_offset(pgd, address);
 pmd = pmd_offset(pud, address);
 pte = pte_offset_map(pmd, address);
 page = pte_page(*pte);

 // mapping in kernel memory:
 kernel_address = kmap(page);

 // work with kernel_address....

 kunmap(page);

- JFL

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你可以尝试使用virt_to_page。我不确定它是否符合你的要求，但至少这是一个开始寻找的地方。

- CesarB

3

根据LDD，virt_to_page仅适用于逻辑地址，而不适用于vmalloc缓冲区或高端内存。因此它可能是解决方案的一部分，但我不太确定是否编写了足够健壮的代码。 - Gilles 'SO- stop being evil'

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- gby · Accepted Answer

我猜你想要的是一个页面表遍历，类似于（警告，不是实际代码，缺少锁等）：

struct mm_struct *mm = current->mm;
pgd = pgd_offset(mm, address);
pmd = pmd_offset(pgd, address);  
pte = *pte_offset_map(pmd, address);  
page = pte_page(pte);

但是你应该非常小心。例如，你得到的kmalloc地址很可能不是页面对齐的。这对我来说听起来像是一个非常危险的API。