scatterlist

• 物理內(nèi)存的散列表。通俗講，就是把一些分散的物理內(nèi)存，以列表的形式組織起來

誕生背景

• 假設(shè)有三個(gè)模塊可以訪問memory：CPU、DMA控制器和某個(gè)外設(shè)。
• CPU通過MMU以虛擬地址（VA）的形式訪問memory；
• DMA直接以物理地址（PA）的形式訪問memory；
• Device通過自己的IOMMU以設(shè)備地址（DA）的形式訪問memory。
• 然后，某個(gè)“軟件實(shí)體”分配并使用了一片存儲(chǔ)空間。該存儲(chǔ)空間在CPU視角上（虛擬空間）是連續(xù)的，起始地址是va1（實(shí)際上，它映射到了3塊不連續(xù)的物理內(nèi)存上，我們以pa1,pa2,pa3表示）。那么，如果該軟件單純的以CPU視角訪問這塊空間（操作va1），則完全沒有問題，因?yàn)镸MU實(shí)現(xiàn)了連續(xù)VA到非連續(xù)PA的映射。
• 不過，如果軟件經(jīng)過一系列操作后，要把該存儲(chǔ)空間交給DMA控制器，最終由DMA控制器將其中的數(shù)據(jù)搬移給某個(gè)外設(shè)的時(shí)候，由于DMA控制器只能訪問物理地址，只能以“不連續(xù)的物理內(nèi)存塊”為單位遞交（而不是我們所熟悉的虛擬地址）。此時(shí)，scatterlist就誕生了：為了方便，我們需要使用一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述這一個(gè)個(gè)“不連續(xù)的物理內(nèi)存塊”（起始地址、長(zhǎng)度等信息），這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是scatterlist。而多個(gè)scatterlist組合在一起形成一個(gè)表（可以是一個(gè)struct scatterlist類型的數(shù)組，也可以是kernel幫忙抽象出來的struct sg_table），就可以完整的描述這個(gè)虛擬地址了。
• 最后，從本質(zhì)上說：scatterlist（數(shù)組）是各種不同地址映射空間（PA、VA、DA、等等）的媒介（因?yàn)槲锢淼刂肥钦鎸?shí)的、實(shí)在的存在，因而可以作為通用語(yǔ)言），借助它，這些映射空間才能相互轉(zhuǎn)換（例如從VA轉(zhuǎn)到DA）

介紹

struct scatterlist

• struct scatterlist用于描述一個(gè)在物理地址上連續(xù)的內(nèi)存塊（以page為單位），它的定義位于“include/linux/scatterlist.h”中，如下：

• page_link，指示該內(nèi)存塊所在的頁(yè)面。bit0和bit1有特殊用途（可參考后面的介紹），因此要求page最低4字節(jié)對(duì)齊。
• offset，指示該內(nèi)存塊在頁(yè)面中的偏移（起始位置）。
• length，該內(nèi)存塊的長(zhǎng)度。
• dma_address，該內(nèi)存塊實(shí)際的起始地址（PA，相比page更接近我們?nèi)祟惖恼Z(yǔ)言）。
• dma_length，相應(yīng)的長(zhǎng)度信息。

?struct sg_table

• 多個(gè)scatterlist組成一個(gè)數(shù)組，以表示在物理上不連續(xù)的虛擬地址空間。通常情況下，使用scatterlist功能的模塊，會(huì)自行維護(hù)這個(gè)數(shù)組（指針和長(zhǎng)度），例如[2]中所提到的struct mmc_data：

• 不過呢，為了使用者可以偷懶，kernel抽象出來了一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：struct sg_table，幫忙保存scatterlist的數(shù)組指針和長(zhǎng)度

• 其中sgl是內(nèi)存塊數(shù)組的首地址，orig_nents是內(nèi)存塊數(shù)組的size，nents是有效的內(nèi)存塊個(gè)數(shù)（可能會(huì)小于orig_nents）。
• scatterlist數(shù)組中到底有多少有效內(nèi)存塊呢？這不是一個(gè)很直觀的事情，主要有如下2個(gè)規(guī)則決定：
  • 1）如果scatterlist數(shù)組中某個(gè)scatterlist的page_link的bit0為1，表示該scatterlist不是一個(gè)有效的內(nèi)存塊，而是一個(gè)chain（鉸鏈），指向另一個(gè)scatterlist數(shù)組。通過這種機(jī)制，可以將不同的scatterlist數(shù)組鏈在一起，因?yàn)閟catterlist也稱作chain scatterlist。
  • 2）如果scatterlist數(shù)組中某個(gè)scatterlist的page_link的bit1為1，表示該scatterlist是scatterlist數(shù)組中最后一個(gè)有效內(nèi)存塊（后面的就忽略不計(jì)了）。
• table中sgl數(shù)組大小最大為PAGE_SIZE，如果nents個(gè)數(shù)超過了SG_MAX_SINGLE_ALLOC，那么就需要使用到chain了。具體實(shí)現(xiàn)可以查看sg_alloc_table -> __sg_alloc_table
• 使用提供的API函數(shù)就可以訪問所有的sg了，例如for_each_sg()

參考鏈接

• Linux內(nèi)核scatterlist API介紹 - AlanTu - 博客園
• Linux內(nèi)存管理 - 隨筆分類(第2頁(yè)) - AlanTu - 博客園
• 聊聊scatterlist的chain結(jié)構(gòu)
• Welcome to The Linux Kernel’s documentation! — The Linux Kernel 4.7 documentation
• Linux Kernel Crypto API — The Linux Kernel 4.7 documentation
• 內(nèi)核解壓縮 · Linux Inside 中文版
• Linux內(nèi)核加密模塊crypto的使用 | 楊磊的博客

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux内核 scatterlist介绍的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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