arm64架构linux内核地址转换

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arm64架构linux内核地址转换

2023-03-04 11:37| 来源: 网络整理| 查看: 265

本文基于:linux-5.11

在基于arm64架构的linux内核中, 有两个表示__pa(x)和__va(x)用于物理地址转换位虚拟地址或者虚拟地址转换为物理地址(实际上还有一个__pa_symbol(x))。

这两个表达式是如何进行虚/实地址转换的？这种转换关系是如何确立的？为什么这样转换？

本文就这些问题进行挖掘探究。

一、层层展开，还原__pa(x)全貌

表达式__pa(x)是一个宏，定义在arch/arm64/include/asm/memory.h文件中：

#define __pa(x) __virt_to_phys((unsigned long)(x))

上面的__virt_to_phys()在调试配置没有开 CONFIG_DEBUG_VIRTUAL=n 时也由宏定义在arch/arm64/include/asm/memory.h：

#define __virt_to_phys(x) __virt_to_phys_nodebug(x)

上面的 __virt_to_phys_nodebug 是一个宏，还是定义在同一个文件中：

#define __virt_to_phys_nodebug(x) ({ \ phys_addr_t __x = (phys_addr_t)(__tag_reset(x)); \ __is_lm_address(__x) ? __lm_to_phys(__x) : __kimg_to_phys(__x); \ })

这个就是arm64架构linux内核中__pa(x)的全貌。

其中，__tag_reset(x)是去掉虚拟地址中的tag(如果有tag的话)，让虚拟地址还原为真正可用的虚拟地址，我们这里可以直接理解为没有tag的普通虚拟地址。

接着，第二条指令"__is_lm_address(__x) ? __lm_to_phys(__x) : __kimg_to_phys(__x)"，判断虚拟地址__x是否是在线性区域，如果是则用__lm_to_phys(__x)将虚拟地址转换为物理地址；否则用__kimg_to_phys(__x)将虚拟地址转换为物理地址。

这里出现了三个表达式：__is_lm_address()，__lm_to_phys()以及__kimg_to_phys()，它们都是什么含义呢？接下来一一分析。

1.1 判断虚拟地址是否为线性地址

宏__is_lm_address(addr)用于判断虚拟地址addr是否在arm64的虚拟地址空间的线性地址区域，其实现如下：

/* * Check whether an arbitrary address is within the linear map, which * lives in the [PAGE_OFFSET, PAGE_END) interval at the bottom of the * kernel's TTBR1 address range. */ #define __is_lm_address(addr) (((u64)(addr) - PAGE_OFFSET) < (PAGE_END - PAGE_OFFSET))

这个宏判断虚拟地址addr是否处于[PAGE_OFFSET, PAGE_END)范围，如果是则说明addr是线性区域的虚拟地址。

在arm64架构中对于虚拟地址空间为48-bit (CONFIG_ARM64_VA_BITS=48是典型的有效虚拟地址配置，还有39-bit和52-bit可选) 的情况，

PAGE_OFFSET = (-(UL(1)

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