彭东林
Linux-4.10.17
Qemu-2.8 + vexpress-a9
前面两篇介绍了remap_pfn_range的使用，下面学习一下该函数的实现。
前提：下面的分析基于2级页表
remap_pfn_range的实现在mm/memory.c。
1 int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
2 unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t prot)
3 {
4 pgd_t *pgd;
5 unsigned long next;
6 unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
7 struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
8 unsigned long remap_pfn = pfn;
9 int err;
10
11 /*
12 * Physically remapped pages are special. Tell the
13 * rest of the world about it:
14 * VM_IO tells people not to look at these pages
15 * (accesses can have side effects).
16 * VM_PFNMAP tells the core MM that the base pages are just
17 * raw PFN mappings, and do not have a "struct page" associated
18 * with them.
19 * VM_DONTEXPAND
20 * Disable vma merging and expanding with mremap().
21 * VM_DONTDUMP
22 * Omit vma from core dump, even when VM_IO turned off.
23 *
24 * There's a horrible special case to handle copy-on-write
25 * behaviour that some programs depend on. We mark the "original"
26 * un-COW'ed pages by matching them up with "vma->vm_pgoff".
27 * See vm_normal_page() for details.
28 */
29 vma->vm_flags |= VM_IO | VM_PFNMAP | VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP;
30
31 BUG_ON(addr >= end);
32 pfn -= addr >> PAGE_SHIFT;
33 pgd = pgd_offset(mm, addr);
34 flush_cache_range(vma, addr, end);
35 do {
36 next = pgd_addr_end(addr, end);
37 err = remap_pud_range(mm, pgd, addr, next,
38 pfn + (addr >> PAGE_SHIFT), prot);
39 if (err)
40 break;
41 } while (pgd++, addr = next, addr != end);
42
43 return err;
44 }
第2行，pfn是将要被映射的物理页帧号，size表示需要映射的尺寸
第6行，计算本次映射的结尾虚拟地址
第32行的pfn-=addr>>PAGE_SHIFT，和第38行的pfn+(addr>>PAGE_SHIFT)是为了循环处理上的便利
第33行，计算addr在第1级页表中对应的页表项的地址，pgd_offset宏展开后是：mm->pgd + (addr >>21)
第34行，刷新cache
第36行，pgd_addr_end(addr, end)计算下一个将要被映射的虚拟地址，如果addr到end可以被一个pgd映射的话，那么返回end的值
第37行的remap_pud_range的定义如下:
1 static inline int remap_pud_range(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd,
2 unsigned long addr, unsigned long end,
3 unsigned long pfn, pgprot_t prot)
4 {
5 pud_t *pud;
6 unsigned long next;
7
8 pfn -= addr >> PAGE_SHIFT;
9 pud = pud_alloc(mm, pgd, addr);
10 if (!pud)
11 return -ENOMEM;
12 do {
13 next = pud_addr_end(addr, end);
14 if (remap_pmd_range(mm, pud, addr, next,
15 pfn + (addr >> PAGE_SHIFT), prot))
16 return -ENOMEM;
17 } while (pud++, addr = next, addr != end);
18 return 0;
19 }
第9行，对于2级页表，pud_alloc(mm, pgd, addr)返回的是pgd的值
第13行，对于2级页表，pud_addr_end(addr, end)返回end的值
第14行，函数remap_pmd_range定义如下：
1 static inline int remap_pmd_range(struct mm_struct *mm, pud_t *pud,
2 unsigned long addr, unsigned long end,
3 unsigned long pfn, pgprot_t prot)
4 {
5 pmd_t *pmd;
6 unsigned long next;
7
8 pfn -= addr >> PAGE_SHIFT;
9 pmd = pmd_alloc(mm, pud, addr);
10 if (!pmd)
11 return -ENOMEM;
12 VM_BUG_ON(pmd_trans_huge(*pmd));
13 do {
14 next = pmd_addr_end(addr, end);
15 if (remap_pte_range(mm, pmd, addr, next,
16 pfn + (addr >> PAGE_SHIFT), prot))
17 return -ENOMEM;
18 } while (pmd++, addr = next, addr != end);
19 return 0;
20 }
第9行，对于2级页表，pmd_alloc(mm, pud, addr)返回的是pud的值，其实也就是pgd的值
第14行，对于2级页表，pmd_addr_end(addr, end)返回end的值
第15行，函数remap_pte_range定义如下：
1 static int remap_pte_range(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmd,
2 unsigned long addr, unsigned long end,
3 unsigned long pfn, pgprot_t prot)
4 {
5 pte_t *pte;
6 spinlock_t *ptl;
7
8 pte = pte_alloc_map_lock(mm, pmd, addr, &ptl);
9 if (!pte)
10 return -ENOMEM;
11 arch_enter_lazy_mmu_mode();
12 do {
13 BUG_ON(!pte_none(*pte));
14 set_pte_at(mm, addr, pte, pte_mkspecial(pfn_pte(pfn, prot)));
15 pfn++;
16 } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
17 arch_leave_lazy_mmu_mode();
18 pte_unmap_unlock(pte - 1, ptl);
19 return 0;
20 }
第8行，pte_alloc_map_lock的定义如下：
#define pte_alloc_map_lock(mm, pmd, address, ptlp) \
(pte_alloc(mm, pmd, address) ? \
NULL : pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, ptlp))
pte_alloc首先检查*pmd是否为空，如果为空的话，表示第2级页表还尚未分配，那么调用__pte_alloc分配一个页（其实是调用alloc_pages分配了一个page，也就是4KB），并将起始地址存放的*pmd中，其实就是*pgd。如果不出意外的话，pte_alloc返回0，这样pte_offset_map_lock就会被调用，返回address在第2级页表中的表项的地址
第14行，调用pte_mkspecial构造第2级页表项的内容，函数set_pte_at用于将表项内容设置到pte指向的第2级页表项中
第15行，计算下一个将要被映射的物理页帧号
第16行，计算第2级页表项中下一个将要被填充的表项的地址
==
