[核心文檔] PAT（頁面屬性工作表Page Attribute Table）

PAT（頁面屬性工作表Page Attribute Table）

 

         X86的頁面屬性工作表（PAT）能夠在頁面級的粒度上設定記憶體屬性。PAT是對MTRR的補充，通過MTRR可以為物理地址地區設定記憶體類型。但是PAT比MTRR更靈活，因為它可以在頁面層級設定屬性，而且硬體上也不限制屬性設定的數量。PAT相當靈活，即使多個虛擬記憶體地址映射到同一個實體記憶體地址，也不會引起記憶體類型的衝突。

         通過PAT能夠設定多種類型的記憶體屬性，其中最常用的有4種：寫回（Write-back），不緩衝（Uncached），寫聯合（Write-combined）以及Uncached Minus。

 

PAT APIs

核心中提供了很多能夠在頁面級設定記憶體屬性的API。為了避免混淆，需要小心地使用這些介面。下表中列出了這些介面、它們的功能以及它們與記憶體屬性的關係。這些API都使用reserve_memtype()/free_memtype()介面來操作物理地址地區，以避免衝突。

API	RAM	ACPI,...	Reserved/Holes
ioremap	--	UC-	UC-
ioremap_cache	--	WB	WB
ioremap_nocache	--	UC-	UC-
ioremap_wc	--	--	WC
set_memory_uc set_memory_wb	UC-	--	--
set_memory_wc set_memory_wb	WC	--	--
pci sysfs resource	--	--	UC-
pci sysfs resource_wc is IORESOURCE_PREFETCH	--	--	WC
pci proc !PCIIOC_WRITE_COMBINE	--	--	UC-
pci proc PCIIOC_WRITE_COMBINE	--	--	WC
/dev/mem read-write	--	WB/WC/UC-	WB/WC/UC-
/dev/mem mmap SYNC flag	--	UC-	UC-
/dev/mem mmap !SYNC flag and any alias to this area	--	WB/WC/UC- (from existing alias)	WB/WC/UC- (from existing alias)
/dev/mem mmap !SYNC flag no alias to this area and MTRR says WB	--	WB	WB
/dev/mem mmap !SYNC flag no alias to this area and MTRR says !WB	--	--	UC-

 

針對裝置驅動的進階APIs

A． 如果要將頁面匯出到使用者空間，可以使用介面remap_pfn_range， io_remap_pfn_range,，vm_insert_pfn

在驅動程式中，有時會希望將一些頁面匯出到使用者空間。此時可以使用mmap介面與下列函數的組合。

1)      
pgprot_noncached()

2)      
io_remap_pfn_range() 或
remap_pfn_range() 或 vm_insert_pfn()

在PAT的支援下，Linux引入了一個新的API，pgprot_writecombine。因此，驅動能夠持續地使用上述操作序列。首先，在步驟1調用pgprot_noncached()或pgprot_writecombine()。然後在採取步驟二。

步驟二為了確保不會產生映射衝突，將跟蹤記憶體類型列表中那些標記為UC或WC的地區。

需要指出的是，這組API僅僅對IO地址空間有效，對RAM則無效。如果驅動程式希望匯出一個RAM地區，則需在步驟1之前再執行一個步驟0，即調用set_memory_uc()或set_memory_wc()，同時也需要跟蹤那些頁面的使用方式，在頁面被釋放到空閑池之前調用函數set_memory_wb()。

 

注意：

         上面表格中的“--”符號表示“不推薦使用此API”。其中一些是核心嚴格規定不能使用的。其它一些，雖然目前沒有這麼嚴格的限制，但是將來有可能會出現這樣的情況。

         對於通過/sys或/proc進行的ioremap與pci訪問，如果在被訪問的地址上存在衝突，將返回一個較為嚴格的記憶體類型。比如：如果已經存在了uncached映射，那麼操作ioremap_wc()會返回uncached映射而不是申請的write-combine。

         set_memory_[uc|wc]和set_memory_wb需要成對的使用，此時，驅動將首先申請一個uc或wc地區，在使用之後，再將該地區切換為wb。

         對/proc/mtrr的操作已經不再被推薦了，取而代之，可以使用基於PAT的介面。

         驅動程式可以使用ioremap_[uc|wc]訪問PCI BARs，相應的訪問類型為[uc|wc]。

         驅動程式可以使用set_memory_[uc|wc]為RAM地區設定訪存類型。

 

PAT調試

         如果使能了CONFIG_DEBUG_FS選項，僅能夠通過下面的方式檢查PAT的記憶體類型列表。

# mount -t debugfs debugfs
/sys/kernel/debug

# cat /sys/kernel/debug/x86/pat_memtype_list

PAT memtype list:

uncached-minus @ 0x7fadf000-0x7fae0000

uncached-minus @ 0x7fb19000-0x7fb1a000

uncached-minus @ 0x7fb1a000-0x7fb1b000

uncached-minus @ 0x7fb1b000-0x7fb1c000

uncached-minus @ 0x7fb1c000-0x7fb1d000

uncached-minus @ 0x7fb1d000-0x7fb1e000

uncached-minus @ 0x7fb1e000-0x7fb25000

uncached-minus @ 0x7fb25000-0x7fb26000

uncached-minus @ 0x7fb26000-0x7fb27000

uncached-minus @ 0x7fb27000-0x7fb28000

uncached-minus @ 0x7fb28000-0x7fb2e000

uncached-minus @ 0x7fb2e000-0x7fb2f000

uncached-minus @ 0x7fb2f000-0x7fb30000

uncached-minus @ 0x7fb31000-0x7fb32000

uncached-minus @ 0x80000000-0x90000000

         這個列表說明了物理地址地區以及訪問這些地區的PAT設定。

         另外，通過核心啟動選項“debugpat”可以擷取更加詳細的PAT調試資訊。設定此參數後，各種調試資訊將列印在dmesg日誌中。