由于在X86平台上，内存是划分为低端内存和高端内存的，所以在这两个区域内的page查找对应的虚拟地址是不一样的。

page_address()的定义

在include/linux/mm.h中，有对page_address()函数的三种定义，主要依赖于不同的平台：

首先看几个宏的定义：

  • CONFIG_HIGHMEM

    是否支持高端内存，可以查看config文件，一般推荐内存超过896M的时候，才配置为支持高端内存。

  • WANT_PAGE_VIRTUAL

    X86平台没有定义。所以下面的HASHED_PAGE_VIRTUAL在支持高端内存的i386平台上是有定义的：

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    #if defined(CONFIG_HIGHMEM) && !defined(WANT_PAGE_VIRTUAL)
    #define HASHED_PAGE_VIRTUAL
    #endif

所以下面page_address()的定义在i386上是没有定义的：

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#if defined(WANT_PAGE_VIRTUAL)
    #define page_address(page) ((page)->virtual)
    #define set_page_address(page, address) \\
    do { \\
    	(page)->virtual = (address); \\
    } while(0)
    #define page_address_init() do { } while(0)
#endif

在没有配置CONFIG_HIGHMEM的i386平台上，page_address是这样定义的：

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#if !defined(HASHED_PAGE_VIRTUAL) && !defined(WANT_PAGE_VIRTUAL)
    #define page_address(page) lowmem_page_address(page)
    #define set_page_address(page, address) do { } while(0)
    #define page_address_init() do { } while(0)
#endif

而在支持高端内存的i386平台上，page_address()定义如下：

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#if defined(HASHED_PAGE_VIRTUAL)
    void *page_address(struct page *page);
    void set_page_address(struct page *page, void *virtual);
    void page_address_init(void);
#endif

page_address()在低端内存中的实现

函数实现如下：

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#define page_address(page) lowmem_page_address(page)
static __always_inline void *lowmem_page_address(const struct page *page)
{
	return page_to_virt(page);
}
#define page_to_virt(x)	__va(PFN_PHYS(page_to_pfn(x)))
#define __va(x)			((void *)((unsigned long)(x)+PAGE_OFFSET))

小于896M的物理地址空间和3G~3G+896M的内核地址空间是一一对应映射的，所以只要知道page对应的物理地址就可以知道这个page对应的线性地址空间（pa + PAGE_OFFSET）。在低端内存中，通过页page(struct page* page)取得虚拟地址就是这样转换的。

page_address()在高端内存中的实现

在有配置CONFIG_HIGHMEM的i386平台上，page_address的实现在mm/highmem.c中：

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void *page_address(const struct page *page)
{
	unsigned long flags;
	void *ret;
	struct page_address_slot *pas;
	if (!PageHighMem(page)) // 判断是否属于高端内存，若不是，则通过上面的方法找到
		return lowmem_page_address(page);
	pas = page_slot(page);
	ret = NULL;
	spin_lock_irqsave(&pas->lock, flags);
	if (!list_empty(&pas->lh)) {
		struct page_address_map *pam;
		list_for_each_entry(pam, &pas->lh, list) {
			if (pam->page == page) {
				ret = pam->virtual;
				goto done;
			}
		}
	}
done:
	spin_unlock_irqrestore(&pas->lock, flags);
	return ret;
}

在高端内存中，由于不能通过像在低端内存中一样，直接通过物理地址加PAGE_OFFSET得到线性地址，所以引入了一个叫做page_address_map的结构，该结构保存每个page（仅高端内存中的）和对应的虚拟地址，所有高端内存中的这种映射通过链表链接起来，这个结构是在高端内存映射的时候建立，并加入到链表中的。

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struct page_address_map {
	struct page *page; // page
	void *virtual; // 虚拟地址
	struct list_head list; // 指向下一个该结构
};

又因为如果内存远远大于896M，那么高端内存中的page就比较多，如果只用一个链表来表示，那么查找起来就比较耗时，所以这里引入了HASH算法，采用多个链表，每个page通过一定的HASH算法，对应到一个链表上，总共有128个链表：

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static struct page_address_slot {
	struct list_head lh;			/* List of page_address_maps */
	spinlock_t lock;			/* Protect this bucket's list */
} ____cacheline_aligned_in_smp page_address_htable[1<<PA_HASH_ORDER];

PA_HASH_ORDER=7，所有一共有1<<7（128）个链表，每个page通过HASH算法后对应一个page_address_htable链表，然后再遍历这个链表来找到对应的PAGE和虚拟地址。

说明

本文转自page_address()函数分析。