【存储管理】外部设备存储空间的地址映射

对外部设备的访问有两种不同的形式，分别是内存映射式和I/O映射式；

（1）在内存映射式的CPU中，外部设备的存储单元，如控制寄存器，状态寄存器，数据寄存器等，都是作为内存的一部分出现在系统中的；CPU可以像访问一个内存单元一样访问外部设备的存储单元，因此不需要专门设立用于访问外设的I/O指令；

（2）在I/O映射式的CPU中，CPU不可以像访问一个内存单元一样访问外部设备的存储单元，因此需要专门设立用于访问外设的I/O指令，如IN，OUT；但是用于I/O指令的“地址空间”相对来说是很小的；

其实I/O映射式的方式是适合早期的计算机技术，那时外设通常只有几个寄存器，通过这几个寄存器就可以完成所有的操作了；现在，比如PC机上有一个图像卡，带2MB的内存以及一小块ROM(装有可执行的代码)，所以不管采用上述的哪两种映射方式，linux内核都通过ioremap()将外设卡上的存储器映射到虚存空间；

对于内存页面的管理，通常我们都是现在虚存空间上分配一个虚存空间，然后为此区间分配相应的物理内存从而建立起映射，而这样的映射并不是一次性完成的；而在ioremap()中，我们先有一个物理存储空间，其地址就是外设卡上的存储器出现在总线上的地址，而这个地址未必是这个外设卡上存储器上的存储单元的地址，而是在总线上由CPU所看到的地址，这中间经历了地址映射，但是对CPU来是透明的，把上述地址称为“总线地址”，比如图形卡放到PCI的总线上；在linux系统中，CPU不是按物理地址访问内存的，而是建立起映射的虚存空间来找的；

（1）在ioremap()中首先是一些检查，检查的区间大小不能是0，也不能是超越了超过32位的地址空间，物理地址在0xA0000至0x10000已系统初始化时虚存空间映射好，可直接使用了；phys_addr小于high_memory时，要检查是否与原有的物理空间冲突，然后还要确保地址边界对齐；

（2）在get_vm_area()中，内核中有专用的一个续存空间队列vmlist，这是由一串vm_struct数据结构组成的一个单链队列；high_memory标志着具体物理内存上限所对应的虚拟地址；当内核需要一片虚存地址空间时，就从这个地址的8MB处来分配，主要是为了捕捉可能的越界访问；而后的每一个vmalloc()都用4KB来捕捉可能越界访问；找到vmlist中地址适合的vm_struct；



（3）在remap_area_pages()中，是使用内核专用的mm_struct（init_mm故不属于任何的task_struct，不接受kswapd的换出调度）的，根据起始地址从init_mm中找到所属的目录项，然后根据区间的大小走遍所有涉及的目录项，对所有的页面目录表和页面表建立映射；