DMA和内存映射IO之间有什么区别？

Question

DMA和内存映射IO有什么区别？在我看来它们非常相似。

- brett

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还有相关的内容：Linux设备驱动程序第二版：第13章：mmap和DMA; 不过，先在这里阅读答案对我帮助很大。 - sdaau

Answer 1

内存映射I/O允许CPU通过读写特定的内存地址来控制硬件。通常，这用于低带宽操作，如更改控制位。

DMA允许硬件直接读写内存，而不涉及CPU。通常，这用于高带宽操作，如磁盘I/O或摄像头视频输入。

这里有一篇论文对MMIO和DMA进行了详细比较。 《高性能RDMA系统设计指南》

- Greg Hewgill

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所以它们基本上是相同的东西，只是方向相反？ - Jacquelyn.Marquardt

并不完全正确。DMA是指两个不是CPU的设备使用内存总线进行通信（其中一个设备通常是主存储器，并由CPU协调该过程）。而内存映射IO是CPU与在内存总线上的设备进行通信，但该设备不是主存储器。 - jdizzle

即使DMA引擎在设备中，为什么仍需要映射DMA缓冲区？ - ransh

这不是正确的。你所假设的内存映射I/O实际上是编程I/O。内存映射I/O通常与端口映射I/O进行比较：CPU访问设备中的数据的方式。 - Han XIAO

Answer 2

由于其他人已经回答了这个问题，我只想补充一点历史。

在早期的x86（PC）硬件上，只有I/O空间和内存空间。这是两个不同的地址空间，使用不同的总线协议和不同的CPU指令进行访问，但能够通过同一个插入卡槽进行通信。

大多数设备都使用I/O空间来控制接口和大容量数据传输接口。访问数据的简单方法是执行大量的CPU指令，逐个字从I/O地址传输数据到内存地址（有时称为“位劈”）。

为了使设备能够自主地将数据从设备移动到主机内存，ISA总线协议中没有支持设备发起传输的功能。一种妥协的解决方案被发明出来：DMA控制器。这是一种硬件设备，位于CPU附近，启动传输以将数据从设备的I/O地址移动到内存或反之亦然。由于I/O地址相同，DMA控制器执行的操作与CPU相同，但效率更高，并允许一些自由度在后台运行（尽管可能无法长时间运行，因为它无法与内存通信）。

快进到PCI时代，总线协议变得更加智能：任何设备都可以发起传输。因此，例如RAID控制器卡可以随时将其喜欢的任何数据移动到或从主机中。这被称为“总线主控”模式，但出于没有特定原因的考虑，人们继续将此模式称为“DMA”，即使旧的DMA控制器早已消失。与旧的DMA传输不同，通常根本没有相应的I/O地址，并且总线主控模式通常是设备上唯一的接口，没有CPU“位劈”模式。

- Eric Seppanen

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在Linux内核中，超过5000个C文件都提到了“DMA”，这可能是为什么每个人仍在谈论DMA的原因。 - JohnnyFromBF

理论上，PCI总线主控是PCI设备的“直接内存访问”，它变成了一个像现在很多东西一样的广义概念。例如，“内存”不仅仅是RAM/VRAM，还可以是磁盘上的虚拟内存。对于移动电话，“内存”甚至可能意味着“存储”，这在一开始我并不习惯。 - crazii

Answer 3

内存映射IO指的是将设备寄存器映射到计算机的内存空间中 - 当CPU读取或写入这些内存区域时，它读取或写入的是设备，而不是实际的内存。为了将数据从设备传输到实际内存缓冲区，CPU必须从内存映射的设备寄存器中读取数据并将其写入缓冲区（将数据传输到设备时也是相同的过程）。

DMA传输可以使设备直接将数据传输到或从真实的内存缓冲区中。 CPU告诉设备缓冲区的位置后，它可以在设备直接访问内存时执行其他工作。

- caf

Answer 4

直接内存访问（DMA）是一种技术，可以在不需要CPU干预的情况下将数据从I/O传输到内存，以及从内存传输到I/O。为此，使用一个名为DMA控制器的专用芯片来控制所有活动和数据同步。因此，与其他数据传输技术相比，DMA更快。

另一方面，虚拟内存充当主内存和辅助存储器之间的缓存。提前将数据从辅助存储器（硬盘）中获取到主内存中，以便在需要时数据已经可用于主内存中。它使我们能够在系统上运行更多的应用程序，而不需要足够的物理内存来支持。

- Usman Gill

Answer 5

答案忽略了一个事实，即DMA可以被CPU用来与I/O设备进行读写，而无需不断检查或被单个字符中断（编程I/O vs 中断驱动I/O vs DMA主题）。

- Heil Programmierung