在 Linux 内核中，vmalloc_to_page 及相关的 page 系列函数用于处理内核虚拟地址与物理页的映射关系。这些函数在管理 vmalloc 分配的虚拟地址、访问物理页以及操作页表时非常重要。以下是对这些函数的详细解析。

vmalloc_to_page

vmalloc_to_page 是一个内核函数，用于将 vmalloc分配的虚拟地址转换为其对应的物理页。

定义

struct page *vmalloc_to_page(const void *vmalloc_addr);

参数

vmalloc_addr: 由 vmalloc 分配的虚拟地址。

返回值

对应的 struct page 结构，表示该虚拟地址对应的物理页。

工作原理

vmalloc 分配的虚拟地址是虚拟连续但物理上可能不连续的。
vmalloc_to_page 会遍历页表，找到虚拟地址对应的物理页。

示例

#include <linux/vmalloc.h>
#include <linux/mm.h>

void example_vmalloc_to_page(void)
{
    void *buffer = vmalloc(1024 * 1024);  // 分配 1 MB 虚拟连续内存
    if (!buffer) {
        printk(KERN_ERR "vmalloc failed\n");
        return;
    }

    // 将 buffer 的一个虚拟地址转换为物理页
    struct page *page = vmalloc_to_page(buffer);
    if (page) {
        printk(KERN_INFO "Physical page frame number: %lu\n", page_to_pfn(page));
    }

    vfree(buffer);  // 释放内存
}

virt_to_page

virt_to_page 将内核直接映射的虚拟地址转换为对应的物理页。

定义

struct page *virt_to_page(const void *kaddr);

参数

kaddr: 内核直接映射的虚拟地址。

返回值

对应的 struct page 结构。

限制

只能用于内核直接映射区域（即物理地址和虚拟地址之间简单偏移的区域，例如 kmalloc 分配的内存）。 不能用于 vmalloc 分配的地址，因为 vmalloc 使用的是虚拟连续地址，映射方式不同。

示例

void example_virt_to_page(void)
{
    void *buffer = kmalloc(4096, GFP_KERNEL);  // 分配 4 KB 内存
    if (!buffer) {
        printk(KERN_ERR "kmalloc failed\n");
        return;
    }

    struct page *page = virt_to_page(buffer);
    printk(KERN_INFO "Page frame number: %lu\n", page_to_pfn(page));

    kfree(buffer);  // 释放内存
}

pfn_to_page

pfn_to_page 将物理页帧号PFN转换为 struct page。

定义

struct page *pfn_to_page(unsigned long pfn);

参数

pfn: 物理页帧号。

返回值

对应的 struct page 结构。

示例

void example_pfn_to_page(void)
{
    unsigned long pfn = 0x12345;  // 示例页帧号
    struct page *page = pfn_to_page(pfn);
    printk(KERN_INFO "Page address: %p\n", page);
}

page_to_pfn

page_to_pfn 将 struct page 转换为物理页帧号。

定义

unsigned long page_to_pfn(const struct page *page);

参数

page: struct page 结构。

返回值

物理页帧号。

示例

void example_page_to_pfn(void)
{
    struct page *page = alloc_page(GFP_KERNEL);  // 分配一个页
    if (!page) {
        printk(KERN_ERR "alloc_page failed\n");
        return;
    }

    unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
    printk(KERN_INFO "Physical frame number: %lu\n", pfn);

    __free_page(page);  // 释放页
}

page_address

page_address 将 struct page 转换为内核直接映射的虚拟地址。

定义

void *page_address(const struct page *page);

参数

page: struct page 结构。

返回值

内核直接映射的虚拟地址。

限制

只能用于内核直接映射区域，不适用于 vmalloc 地址。

示例

void example_page_address(void)
{
    struct page *page = alloc_page(GFP_KERNEL);  // 分配一个页
    if (!page) {
        printk(KERN_ERR "alloc_page failed\n");
        return;
    }

    void *addr = page_address(page);
    printk(KERN_INFO "Direct-mapped virtual address: %p\n", addr);

    __free_page(page);  // 释放页
}

函数适用场景对比

总结

vmalloc_to_page 是专门为 vmalloc 地址设计的，可以获取虚拟地址对应的物理页。 virt_to_page 和 page_address 主要用于直接映射区域（如 kmalloc 分配的内存）。 pfn_to_page 和 page_to_pfn 提供页帧号与 struct page 的相互转换。 根据具体内存分配方式和需求，选择合适的函数操作页表或物理页结构。