Linux paging_init分析

本篇文章给大家谈谈Linux paging_init分析，以及对应的知识点，文章可能有点长，但是希望大家可以阅读完，增长自己的知识，最重要的是希望对各位有所帮助，可以解决了您的问题，不要忘了收藏本站喔。

内核版本：4.14

ARM64处理器，Contex-A53，双核

使用的工具：Source Insight 3.5、Visio

一、简介

从Linux物理内存初始化可以看出，在paging_init调用之前，存放Kernel Image和DTB的两个物理内存区域是可以访问的（对应的页表已经建立）。虽然已经通过memblock_add将物理内存添加到系统中，但这部分物理内存到虚拟内存的映射还没有建立起来。通过memblock_alloc可以分配一段物理内存，但还不能访问。一切还需要等待paging_init的执行。最终页表建立之后，就可以通过虚拟地址来访问最终的物理地址。

像往常一样，我们先从上图开始，拍一张ARM64核心的内存布局图。最终布局如下：

2. 分页初始化

paging_init的源码很短，简洁，直接粘贴到这里，在模块中引入即可。

/* * paging_init() 设置页表，初始化区域内存映射并设置零页。 */void __init paging_init(void){phys_addr_t pgd_phys=Early_pgtable_alloc(); /********（标记1）********/pgd_t *pgd=pgd_set_fixmap(pgd_phys);map_kernel(pgd); /********(标记2)************/map_mem(pgd); /********(mark 3)************//* * 我们想重用原来的swapper_pg_dir 所以我们不必* 将新地址传达给非一致的地址secondary_entry 中的辅助节点，因此cpu_switch_mm 可以使用* adrp+add 生成地址，而不是从某个全局变量加载。 * * 为此，我们需要通过临时pgd。 */cpu_replace_ttbr1(__va(pgd_phys)); /********（标记4）********/memcpy（swapper_pg_dir，pgd，PGD_SIZE）;cpu_replace_ttbr1（lm_alias（swapper_pg_dir））;pgd_clear_fixmap（）;memblock_free（pgd_phys，PAGE_SIZE）;/* * 我们只重用来自swapper_pg_dir 的PGD，而不是分配给它的pud + pmd *。 */memblock_free(__pa_symbol(swapper_pg_dir) + PAGE_SIZE, SWAPPER_DIR_SIZE - PAGE_SIZE);}

标记1：分配一页物理内存来存储pgd；

标记2：映射内核各段；

标记3：映射memblock子系统添加的物理内存；

标记4：切换页表，将swapper_pg_dir页表内容替换为新创建的页表内容；

代码看起来很费力？这是图片：

下面对各个子模块进行进一步分析。

3.early_pgtable_alloc

该模块与FIX MAP映射区域相关。建议先阅读之前的文章（二）Linux物理内存初始化：

FIX MAP的区域划分如图所示。

该函数会先分配物理内存，然后借用之前的全局页表bm_pte建立物理地址到虚拟地址的映射。这个映射的目的是访问物理内存并清除内存，所以它只是一个临时操作。操作完成后，会调用pte_clear_fixmap()来清除映射。

在early_pgtable_alloc之后，我们看到paging_init调用了pgd_set_fixmap函数。调用该函数后，通过memblock_alloc分配的物理内存最终将用于存储pgd表，并且该区域的内容最终将被复制到swapper_pg_dir。

4.map_kernel

map_kernel的主要工作是完成内核中各个段的映射。另外，还包括FIXADDR_START虚拟地址的映射，如下所示：

映射完成后，您可以查看每个段的具体区域。以我使用的平台为例：

该地址信息也可以在System.map 文件中找到。

aarch64-linux-gnu-objdump -x vmlinux 可以查看更详细的地址信息。

5. 映射内存

从函数名可以看出，map_mem主要完成物理内存的映射。这部分物理内存是通过memblock_add添加到系统中的。当相应的memblock设置MEMBLOCK_NOMAP标志时，不对其进行地址映射。

在map_mem函数中，会遍历memblock中的每个块，然后调用__map_memblock来完成实际的映射操作。让我们从渲染开始：

map_mem 将物理地址映射到线性区域。我们还发现内核图像中的文本和rodata 段被映射了两次。原因是其他子系统，比如hibernate，会映射到线性区域，并且可能需要线性区域。该地址用于引用内核的文本和rodata。映射时，也会被限制为只读/不可执行，以防止意外修改或执行。

map_kernel和map_mem函数中的页表映射最终是通过调用__create_pgd_mapping函数来实现的：

一般来说，就是通过逐级页表建立映射关系，同时在中间控制权限。我不再赘述细节。结合图片阅读代码效果会更好。

6.页表替换和内存释放

这部分代码不多，就不在图中展示了。我们看一下代码：

/* * 我们希望重用原始的swapper_pg_dir，这样我们就不必* 将新地址传达给* secondary_entry 中的非一致辅助节点，因此cpu_switch_mm 可以使用* adrp+add 生成地址，而不是从某些全局负载生成地址多变的。 * * 为此，我们需要通过临时pgd。 PAGE_SIZE);/* * 我们只重用swapper_pg_dir 中的PGD，而不是用它分配的pud + pmd *。 */memblock_free(__pa_symbol(swapper_pg_dir) + PAGE_SIZE, SWAPPER_DIR_SIZE - PAGE_SIZE);