Linuxのpfnとは何ですか

Linux では、pfn の正式名称は「ページ フレーム番号」で、これは物理メモリ領域の番号です。 「ページフレーム」とは物理メモリのことで、物理メモリをページサイズの領域に分割し、各ページに番号を付けたもので、この番号がPFNです。

#このチュートリアルの動作環境: linux5.9.8 システム、Dell G3 コンピューター。

1. ページフレームとは何ですか?

オペレーティング システムの最も重要な機能の 1 つは、コンピュータ システム内のさまざまなリソースを管理することであり、最も重要なリソースであるメモリは、管理する必要があります。 Linux オペレーティング システムでは、物理メモリはページ サイズに従って管理されます。特定のページ サイズは、ハードウェアおよび Linux システム構成に関連します。4K が最も古典的な設定です。そこで、物理メモリをページサイズごとにページに分割し、各物理メモリ内のページサイズのメモリ領域をページフレームと呼びます。各物理ページ フレームの構造体ページ データ構造を確立して、各物理ページの使用状況を追跡します。カーネルのテキスト セグメントに使用されているか?それともプロセスのページテーブルでしょうか?さまざまなファイル キャッシュに使用されていますか、それともフリーの状態ですか...

各ページ フレームには、1 対 1 で対応するページ データ構造があります。システムは、ページで使用する page_to_pfn および pfn_to_page マクロを定義します。フレーム番号とページ データ構造間の変換の具体的な変換方法はメモリモデルに関係しますが、Linux カーネルの 3 つのメモリモデルについては第 3 章で詳しく説明します。

2. PFN とは何ですか?

コンピュータ システムの場合、その物理アドレス空間全体は、0 から始まり実際のシステムがサポートできる最大物理空間までのアドレス空間である必要があります。 ARM システムでは、物理アドレスが 32 ビットであると仮定すると、物理アドレス空間は 4G となり、ARM64 システムでは、サポートされる物理アドレス ビット数が 48 である場合、物理アドレス空間は 256T になります。もちろん、実際には、このような大きな物理アドレス空間のすべてがメモリに使用されるわけではなく、一部は I/O 空間にも属します (もちろん、一部の CPU アーチには独自の独立した IO アドレス空間があります)。したがって、メモリが占​​有する物理アドレス空間は限られた範囲になるはずであり、物理アドレス空間全体をカバーすることは不可能である。しかし、メモリがますます大容量化している現在、32 ビット システムの場合、4G 物理アドレス空間ではメモリ要件を満たすことができなくなっているため、後で詳しく説明するハイ メモリという概念があります。

PFN はページ フレーム番号の略で、物理メモリのいわゆるページ フレームです。物理メモリをページ サイズの領域に分割し、各ページに番号を付けます。この番号が PFN です。物理メモリがアドレス 0 から始まると仮定すると、PFN が 0 に等しいページ フレームは、アドレス 0 (物理アドレス) から始まるページになります。物理メモリがアドレス x から始まると仮定すると、最初のページ フレーム番号は (x>>PAGE_SHIFT) になります。

PFN の値の範囲は 0----(メモリ サイズ > 12) です。

ただし、物理メモリ マッピングの関係により、物理メモリ アドレス 0 はシステム上の物理アドレス 0 に対応します。例: s3c2440 では、メモリ アドレスは 0x30000000 から始まります。 RAM が接続されている場合、s3c2440 から見ると RAM の 0 アドレスは 0x30000000 であるため、システム内の pfn の値は (物理アドレス - メモリ ベース アドレス) > 12 になるはずです。

ただし、Linux ではすべて仮想アドレスが使用されるため、最初に仮想アドレスを物理アドレスに変換する必要があります。したがって、Linux にはカーネル線形空間の仮想アドレスと pfn を変換するマクロ定義があります。

#define virt_to_pfn(kaddr)	(__pa(kaddr) >> PAGE_SHIFT)   //__pa() 将虚拟地址转化成物理地址  
#define pfn_to_virt(pfn)	__va((pfn) << PAGE_SHIFT)

したがって、pfn は Linux カーネルのページ フレーム番号に対応する必要があります。対応する物理アドレスは単純な変換によって見つけることができます。

物理ページごとに、カーネルはそれを記述する記述子を割り当てます: page。 pfn はページに変換できます。

#define page_to_pfn __page_to_pfn
#define pfn_to_page __pfn_to_page

すべてのページ構造は、管理を容易にするために mem_map に保存されます。

Linux は物理メモリを 4K ページに分割して管理するためです。したがって、MMU もマッチング用のソフトウェアに設定されます。後述。

Linux は、4G 仮想空間をユーザー空間とカーネル空間に分割します。ユーザー空間は 0---3G、カーネル空間は 3G---4G です。ユーザー空間にはカーネル空間からアクセスできますが、カーネル空間にはシステムコールを通じてユーザー空間からアクセスする必要があります。

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