Linux内核中的内存管理

基本概念

Linux内核管理内存时以物理页（4k）为单位内核会为每一个物理内存页建立一个数据结构

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struct page{
    //内存被引用的次数，为0表示空闲页
    atomic_t _count;	//引用计数
};

Linux内核在管理内存时，并不一视同仁

高端内存：物理内存超过896M（大小可调）的空间

动态映射的策略，使用时进行映射，使用完毕之后ima接触映射

低端内存：介于0~896M的内存，映射关系是固定的，虚拟地址 = 0xc0000000 + 物理偏移

内核中动态申请内存的方法

按页申请

方式一

alloc_pages(gfd_mask, order)

order，要申请2^order

void *page_address(const struct page *page)

将page指定的物理内存进行映射，返回映射后的虚拟地址

方式二

unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)

要申请2^order个物理内存页

方式三

__get_free_page申请一页的物理内存

get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)申请一个内存页，并清零

释放物理内存页：

void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)

按字节申请

方式一

kmalloc / kfree

kmalloc(size, flags)

size要申请的字节个数

flags常用的取值：GFP_KERNEL、GFP_ATMIC

GFP_KERNEL申请内存的过程中，可能发生阻塞，所以不能用于中断上下文

GFP_ATMIC申请内存的过程中，一旦阻塞立即返回，可以用于中断上下文

kmalloc申请的内存是连续的，执行效率高

方式二

vmalloc / vfree

vmalloc(size)

size要申请的字节个数

vmalloc得到的虚拟地址也是连续的，但是将来对应的物理地址可能不连续

vfree(ptr);一定不要在中断上下文中使用

映射之后的转换

前提是必须已经建立映射

虚拟地址到物理地址之间的转换virt_to_phys

物理地址到虚拟地址之间的转换static inline void *phys_to_virt(phys_addr_t x)

ioremap

在Linux内核态直接访问特殊功能寄存器

统一编址：将内存和外设（特殊功能寄存器）使用一套编号，ARM、mips中使用的是统一编址

独立编制：使用不同编号

将外设称为IO端口

使用步骤

申请I/O内存（告诉linux内核我要使用）

reques_mem_region(start,n,name)

start要申请的起始物理地址

n要连续申请的字节数

name名称

static inline void __iomem *ioremap(phys_addr_t offset, unsigned long size)

offset要映射的起始物理地址

size要连续映射的字节数

返回值是映射后的虚拟地址

通过映射后的虚拟地址访问I/O内存

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writeb		*((volatile unsigned char *) ptr) = 0x100;
writew
writel

解除映射

static inline void iounmap(void __iomem *addr)

释放IO内存（告诉Linux内核不用了）

release_mem_region

release_region(start,n)

mmap

实际编程中有两种mmap的使用场景

  1. 映射普通文件
  2. 映射设备文件

映射LED设备，在LED设备中实现mmap的功能，该函数将控制LED的特殊功能寄存器对应的物理地址映射到0~3G的虚拟地址空间，达到在用户空间直接操作硬件的效果

硬件操作函数集合中mmp，可以将硬件的物理地址映射到用户空间，从而在用户空间直接空着硬件

可以使用mmap函数直接将LCD显存映射到用户空间，这样做的好处在于可以减小数据的拷贝的过程

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g-sensor驱动在Linux中的实现

IIC控制器的驱动在Linux中已经实现了

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struct bus_type i2c_bus_type = {
	.name		= "i2c",
	.match		= i2c_device_match,
	.probe		= i2c_device_probe,
	.remove		= i2c_device_remove,
	.shutdown	= i2c_device_shutdown,
	.pm		= &i2c_device_pm_ops,
};

设备

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struct i2c_client {
	unsigned short flags;		/* div., see below		*/
    //设备地址
	unsigned short addr;		/* chip address - NOTE: 7bit	*/
					/* addresses are stored in the	*/
					/* _LOWER_ 7 bits		*/
    //设备名称
	char name[I2C_NAME_SIZE];
    
	struct i2c_adapter *adapter;	/* the adapter we sit on	*/
	struct i2c_driver *driver;	/* and our access routines	*/
    //基类
	struct device dev;		/* the device structure		*/
	int irq;			/* irq issued by device		*/
	//struct list_head detected;
};

驱动

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struct i2c_driver {
	//探测控制器上挂载了哪些i2c设备
	int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *); 
    struct device_driver driver;
    //存储了该驱动中支持的i2c芯片的id裂变
	const struct i2c_device_id *id_table;
};
//安装
i2c_del_driver(struct i2c_driver * driver)

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实验步骤

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