linux中什麼是pfn

在linux中，pfn全名為“page frame number”，是物理記憶體區域編號。 「page frame」是針對實體記憶體而言的，把實體記憶體分成一個個的page size的區域，並且給每一個page編號，而這個編號就是PFN。

本教學操作環境：linux5.9.8系統、Dell G3電腦。

1、什麼是page frame？

作業系統最重要的作用之一就是管理電腦系統中的各種資源，做為最重要的資源：內存，我們必須管理起來。在linux作業系統中，實體記憶體是依照page size來管理的，具體page size是多少是和硬體以及linux系統配置相關的，4k是最經典的設定。因此，對於物理內存，我們將其分成一個個按page size排列的page，每一個物理內存中的page size的內存區域我們稱為page frame。我們針對每一個物理的page frame建立一個struct page的資料結構來追蹤每一個實體頁面的使用情況：是用於內核的正文段？還是用於進程的頁表？是用於各種file cache還是處於free狀態…

每一個page frame有一個一一對應的page資料結構，系統中定義了page_to_pfn和pfn_to_page的巨集用來在page frame number和page資料結構之間進行轉換，具體如何轉換是和memory modle相關，我們會在第三章詳細描述linux kernel中的3種記憶體模型。

2、什麼是PFN？

對於一個電腦系統，其整個實體位址空間應該是從0開始，到實際系統能支援的最大物理空間為止的一段位址空間。在ARM系統中，假設實體位址是32個bit，那麼其實體位址空間就是4G，在ARM64系統中，如果支援的實體位址bit數目是48個，那麼其實體位址空間就是256T。當然，實際上這麼大的實體位址空間並不是都用於內存，有些也屬於I/O空間（當然，有些cpu arch有自己獨立的io address space）。因此，記憶體所佔據的實體位址空間應該是一個有限的區間，不可能涵蓋整個實體位址空間。不過，現在由於記憶體越來越大，對於32位元系統，4G的實體位址空間已經無法滿足記憶體的需求，因此會有high memory這個概念，後續會詳細描述。

PFN是page frame number的縮寫，所謂page frame，就是針對實體記憶體而言的，把實體記憶體分成一個個的page size的區域，並且給每一個page 編號，這個編號就是PFN。假設實體記憶體從0位址開始，那麼PFN等於0的那個頁幀就是0位址（物理位址）開始的那個page。假設實體記憶體從x位址開始，那麼第一個頁幀號碼就是（x>>PAGE_SHIFT）。

PFN的值範圍是 0----（memory size >> 12）。

但是由於物理記憶體映射的關係，物理記憶體的0位址對應到系統上並不是物理位址的0。例如：s3c2440上，記憶體的位址是從0x30000000開始的。當連接ram後，ram的0位址在s3c2440看來，就是0x30000000.  所以在系統中 pfn的值 應該等於 （physical address - memory base address） >> 12 。

但是linux中，用的又都是虛擬位址，所以要先將 virtual address轉換成 physical address 才行。所以在linux中有個巨集定義 將核心線性空間的虛擬位址和pfn轉換：

#define virt_to_pfn(kaddr)	(__pa(kaddr) >> PAGE_SHIFT)   //__pa() 将虚拟地址转化成物理地址  
#define pfn_to_virt(pfn)	__va((pfn) << PAGE_SHIFT)

所以pfn在linux核心中應該對應的是頁幀號。可以透過簡單的轉換找到對應的實體位址。

每個物理上的頁，內核給與之分配了一個描述符來描述： page。 pfn可以和page轉換：

#define page_to_pfn __page_to_pfn
#define pfn_to_page __pfn_to_page

所有的page結構存放在mem_map中，方便進行管理。

由於linux是將實體記憶體分成4K大小的頁來進行管理的。所以在軟體上也會設定MMU進行配對對應。後面敘述。

linux將4G的虛擬空間分成了使用者空間和核心空間。使用者空間是0---3G，核心空間是3G---4G。從核心空間可以存取到使用者空間，但是從使用者空間必須透過系統呼叫來能存取核心空間。

相關推薦：《Linux影片教學》

以上是linux中什麼是pfn的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！