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php网站开发参考文献,如意影院,白银网站建设公司,手机网站建立在Linux内核中#xff0c;地址类型和它们的正确使用是理解内核内存管理的关键。本文将详细解释各种地址类型及其用法。 一、Linux内核中的主要地址类型 物理地址 (Physical Address)phys_addr_t // 平台无关的物理地址类型 定义#xff1a;CPU总线上的实际内存地址#xff…在Linux内核中地址类型和它们的正确使用是理解内核内存管理的关键。本文将详细解释各种地址类型及其用法。一、Linux内核中的主要地址类型物理地址 (Physical Address)phys_addr_t// 平台无关的物理地址类型· 定义CPU总线上的实际内存地址对应RAM芯片上的物理位置· 使用场景DMA操作、硬件寄存器映射、物理页面管理· 包含的头文件#include linux/types.h· 示例phys_addr_tphys_addrpage_to_phys(page);// 将struct page转换为物理地址dma_addr_tdma_handledma_map_single(dev,virt_addr,size,direction);虚拟地址/内核逻辑地址 (Virtual/Kernel Logical Address)void*// 通用指针unsignedlong// 用于计算的地址值· 定义内核直接映射区域的地址通常是3GB/4GB分割中的1GB内核空间· 特点· 与物理地址有固定的线性映射关系通常virt phys PAGE_OFFSET· 可以通过virt_to_phys()和phys_to_virt()与物理地址相互转换· 始终有效可直接解引用不需要特殊访问函数· 示例void*virt_addrkmalloc(size,GFP_KERNEL);// 返回内核逻辑地址unsignedlongaddr(unsignedlong)virt_addr;内核虚拟地址 (Kernel Virtual Address)void__iomem*// I/O内存的虚拟地址· 定义通过vmalloc()或ioremap()创建的地址不一定有连续的物理映射· 特点· 需要通过iowrite32()/ioread32()等函数访问I/O内存· 或直接访问vmalloc分配的内存· 示例// I/O内存映射void__iomem*io_addrioremap(phys_addr,size);u32 valueioread32(io_addroffset);iounmap(io_addr);// vmalloc分配void*vm_addrvmalloc(size);memcpy(vm_addr,src,len);vfree(vm_addr);用户空间地址 (User Space Address)void__user*// 用户空间地址需要特殊处理· 定义用户进程虚拟地址空间中的地址· 特点· 在内核中不能直接解引用· 必须通过专门的复制函数访问· 使用__user标记有助于静态分析工具如Sparse检查· 包含的头文件#include linux/uaccess.h· 示例longcopy_to_user(void__user*to,constvoid*from,unsignedlongn);longcopy_from_user(void*to,constvoid__user*from,unsignedlongn);// 在系统调用中的典型用法staticssize_tmy_read(structfile*file,char__user*buf,size_tcount,loff_t*ppos){charkernel_buf[256];// ... 填充kernel_buf ...if(copy_to_user(buf,kernel_buf,min(count,sizeof(kernel_buf))))return-EFAULT;returnbytes_copied;}总线地址 (Bus Address)dma_addr_t// 设备看到的DMA地址· 定义设备进行DMA操作时使用的地址· 特点可能与物理地址不同存在IOMMU时· 包含的头文件#include linux/dma-mapping.h· 示例dma_addr_tdma_handle;void*cpu_addrdma_alloc_coherent(dev,size,dma_handle,GFP_KERNEL);// 将dma_handle传递给设备进行DMAdma_free_coherent(dev,size,cpu_addr,dma_handle);各类地址及其kernel API地址类型层次内核地址空间布局32位系统高地址0xFFFFFFFF ±-----------------| 内核代码/数据 | - 内核自身代码0xFFC00000 ±-----------------| KMAP_ATOMIC区 | - 每个CPU的原子映射槽4KB/CPU0xFEBFFFFF ±-----------------| 固定映射区 | - 特殊用途固定映射0xFE000000 ±-----------------| 持久映射区 | - kmap持久映射4MB0xF8000000 ±-----------------| vmalloc区 | - vmalloc动态分配 | |0xF7FFFFFF ±-----------------| 空洞 |0xC0000000 ±----------------- - PAGE_OFFSET3GB| 直接映射区 | - 896MB物理内存的线性映射 | 低端内存 | | |0x00000000 ±-----------------低地址64位系统0xFFFFFFFFFFFFFFFF ±-----------------| 规范地址空洞 |0xFFFF800000000000 ±-----------------| 内核模块 | | vmalloc区 | | vmemmap区 | - 稀疏内存模型结构 | 直接映射所有物理内存 | - 可映射TB级内存0xFFFF800000000000 ±-----------------| 用户空间 | - 128TB用户地址空间0x00007FFFFFFFFFFF ±-----------------| 用户空间空洞 |0x0000000000000000 ±-----------------二、关键转换函数和宏物理地址 ↔ 虚拟地址转换#includeasm/io.h// 内核逻辑地址转换仅限直接映射区域phys_addr_tphysvirt_to_phys(virt_addr);void*virtphys_to_virt(phys_addr);// 页帧号转换structpage*pagevirt_to_page(virt_addr);void*virtpage_to_virt(structpage*page);// 通用映射适用于任何物理地址void__iomem*ioremap(phys_addr_tphys_addr,size_tsize);voidiounmap(void__iomem*addr);用户空间地址访问#includelinux/uaccess.h// 基本复制函数unsignedlongcopy_to_user(void__user*to,constvoid*from,unsignedlongn);unsignedlongcopy_from_user(void*to,constvoid__user*from,unsignedlongn);// 验证用户空间指针是否可访问intaccess_ok(constvoid__user*addr,size_tsize);// 获取/设置单个值intget_user(x,ptr);// 从用户空间获取值intput_user(x,ptr);// 写入用户空间// 字符串操作longstrncpy_from_user(char*dst,constchar__user*src,longcount);longstrnlen_user(constchar__user*s,longn);DMA地址转换#includelinux/dma-mapping.h// 一致性DMA映射缓存一致void*dma_alloc_coherent(structdevice*dev,size_tsize,dma_addr_t*dma_handle,gfp_tflag);voiddma_free_coherent(structdevice*dev,size_tsize,void*cpu_addr,dma_addr_tdma_handle);// 流式DMA映射需要同步dma_addr_tdma_map_single(structdevice*dev,void*ptr,size_tsize,enumdma_data_directiondir);voiddma_unmap_single(structdevice*dev,dma_addr_taddr,size_tsize,enumdma_data_directiondir);// DMA同步voiddma_sync_single_for_cpu(structdevice*dev,dma_addr_taddr,size_tsize,enumdma_data_directiondir);voiddma_sync_single_for_device(structdevice*dev,dma_addr_taddr,size_tsize,enumdma_data_directiondir);API使用与选择决策树地址转换API使用谢谢关注后续会持续分享关于AI,GPU,Linux开发,操作系统图形学高性能计算芯片行业讯息。欢迎感兴趣的伙伴关注微信公众号参与讨论沟通:请关注公众号获取完整系统资料请关注微信公众号:颇锐克科技共享图片上下文地址转换API图片三、实际使用示例示例1混合使用各种地址类型#includelinux/module.h#includelinux/kernel.h#includelinux/fs.h#includelinux/uaccess.h#includelinux/slab.h#includelinux/io.hstaticintmy_device_mmap(structfile*filp,structvm_area_struct*vma){structmy_device*devfilp-private_data;unsignedlongoffsetvma-vm_pgoffPAGE_SHIFT;unsignedlongphysdev-phys_baseoffset;unsignedlongvsizevma-vm_end-vma-vm_start;unsignedlongpsizedev-mem_size-offset;// 将物理地址映射到用户空间if(vsizepsize)return-EINVAL;returnremap_pfn_range(vma,vma-vm_start,physPAGE_SHIFT,vsize,vma-vm_page_prot);}staticssize_tmy_device_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tcount,loff_t*pos){structmy_device*devfilp-private_data;char*kernel_buf;intret;// 1. 在内核空间分配缓冲区内核逻辑地址kernel_bufkmalloc(count,GFP_KERNEL);if(!kernel_buf)return-ENOMEM;// 2. 从用户空间复制数据用户空间地址 - 内核空间地址if(copy_from_user(kernel_buf,buf,count)){kfree(kernel_buf);return-EFAULT;}// 3. 处理数据...// 4. 可能需要进行DMA操作dma_addr_tdma_addrdma_map_single(dev-device,kernel_buf,count,DMA_TO_DEVICE);// 设置设备寄存器使用I/O映射地址iowrite32(dma_addr,dev-io_addrREG_DMA_ADDR);iowrite32(count,dev-io_addrREG_DMA_LEN);// 5. 清理dma_unmap_single(dev-device,dma_addr,count,DMA_TO_DEVICE);kfree(kernel_buf);returncount;}示例2简单的字符设备驱动程序#includelinux/fs.h#includelinux/uaccess.h#defineBUFFER_SIZE1024staticchardevice_buffer[BUFFER_SIZE];staticssize_tdevice_read(structfile*filp,char__user*buffer,size_tlength,loff_t*offset){intbytes_to_copy;intbytes_copied0;// 验证用户空间缓冲区是否可访问if(!access_ok(buffer,length))return-EFAULT;bytes_to_copymin(length,(size_t)BUFFER_SIZE);// 从内核缓冲区复制到用户空间if(bytes_to_copy){if(copy_to_user(buffer,device_buffer,bytes_to_copy))return-EFAULT;bytes_copiedbytes_to_copy;}returnbytes_copied;}最佳实践和注意事项始终使用正确的类型· 用户空间指针 → void __user *· I/O内存指针 → void __iomem *· DMA地址 → dma_addr_t地址验证// 对于用户空间指针if(!access_ok(VERIFY_READ,user_ptr,size))return-EFAULT;// 对于I/O映射地址if(!request_mem_region(phys_addr,size,my_device))return-EBUSY;错误处理· 复制函数返回未复制的字节数0表示成功· 映射函数可能返回NULL或错误码· 始终检查返回值内存屏障// 在访问设备内存时需要iowrite32(value,addr);wmb();// 写内存屏障架构注意事项· 32位 vs 64位系统地址大小不同· 大端序 vs 小端序系统· 使用#ifdef CONFIG_64BIT等条件编译四、调试工具地址打印printk(KERN_INFOVirtual address: %p\n,virt_addr);printk(KERN_INFOPhysical address: %pa\n,phys_addr);printk(KERN_INFOUser address: %p\n,user_addr);地址检查#includelinux/vmalloc.h// 检查地址是否在内核空间if(!is_vmalloc_addr(addr))// 是直接映射地址// 检查地址是否是有效用户空间地址if(!access_ok(VERIFY_READ,addr,size))// 无效地址理解这些地址类型及其正确用法对于编写稳定、安全的内核代码至关重要。错误使用地址类型可能导致内核崩溃、安全漏洞或硬件损坏。谢谢关注后续会持续分享关于AI,GPU,Linux开发,操作系统图形学高性能计算芯片行业讯息。欢迎感兴趣的伙伴关注微信公众号参与讨论沟通:请关注公众号获取完整系统资料请关注微信公众号:颇锐克科技共享