DragonOS的MMIO地址空间自动分配

代码

本文涉及到的代码，可查看对应的版本的链接：https://github.com/fslongjin/DragonOS/tree/1e8e6523dfde96cf359c5f329123f7cc0ca62d67

为什么需要MMIO地址空间自动分配？

由于计算机上的很多设备都需要MMIO的地址空间，而每台计算机上所连接的各种设备的对MMIO地址空间的需求是不一样的。如果我们为每个类型的设备都手动指定一个MMIO地址，会使得虚拟地址空间被大大浪费，也会增加系统的复杂性。并且，我们在将来还需要为不同的虚拟内存区域做异常处理函数。因此，我们需要一套能够自动分配MMIO地址空间的机制。

这套机制提供了什么功能？

• 为驱动程序分配4K到1GB的MMIO虚拟地址空间
• 对于这些虚拟地址空间，添加到VMA中进行统一管理
• 可以批量释放这些地址空间

这套机制是如何实现的？

这套机制本质上是使用了伙伴系统来对MMIO虚拟地址空间进行维护。在mm/mm.h中指定了MMIO的地址空间范围，这个范围是0xffffa10000000000开始的1TB的空间。也就是说，这个伙伴系统为MMIO维护了这1TB的虚拟地址空间。

地址空间分配过程

1. 初始化MMIO-mapping模块，在buddy中创建512个1GB的__mmio_buddy_addr_region
2. 驱动程序使用mmio_create请求分配地址空间。
3. mmio_create对申请的地址空间大小按照2的n次幂进行对齐，然后从buddy中申请内存地址空间
4. 创建VMA，并将VMA标记为VM_IO|VM_DONTCOPY。MMIO的vma只绑定在initial_mm下，且不会被拷贝。
5. 分配完成

一旦MMIO地址空间分配完成，它就像普通的vma一样，可以使用mmap系列函数进行操作。

MMIO的映射过程

在得到了虚拟地址空间之后，当我们尝试往这块地址空间内映射内存时，我们可以调用mm_map函数，对这块区域进行映射。

该函数会对MMIO的VMA的映射做出特殊处理。即：创建Page结构体以及对应的anon_vma

然后，会将对应的物理地址，填写到页表之中。

MMIO虚拟地址空间的释放

当设备被卸载时，驱动程序可以调用mmio_release函数对指定的mmio地址空间进行释放。

释放的过程中，mmio_release将执行以下流程：

1. 取消mmio区域在页表中的映射。
2. 将释放MMIO区域的VMA
3. 将地址空间归还给mmio的伙伴系统。

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