Linux虚拟地址按字节对齐：PAGE_ALIGN(addr)

最新推荐文章于 2025-05-06 16:05:51 发布

tukery

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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/caotuo_csdn/article/details/118643306

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本文探讨了Linux中的内存对齐机制，重点介绍了PAGE_ALIGN宏如何将地址调整到4096字节的边界。通过示例解释了(PAGE_SIZE-1)与~(PAGE_SIZE-1)在地址对齐过程中的作用，以及PAGE_SIZE在不同平台上的配置，特别是ARM64架构下的实现。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

本文参考Linux-4.1.15

Linux通过PAGE_ALIGN(addr)将addr加大对齐到4096字节的边界（4096的整数倍），假设addr=4096+n，{0<n<4096}，则执行PAGE_ALIGN(addr)后，addr=4096+4096

PAGE_ALIGN这个宏在include/linux/mm.h中，

/* to align the pointer to the (next) page boundary */
#define PAGE_ALIGN(addr)  ALIGN(addr, PAGE_SIZE)

同时Linux中如下定义：

#define ALIGN(x, a)        __ALIGN_KERNEL((x), (a))

#define __ALIGN_KERNEL(x, a)        __ALIGN_KERNEL_MASK(x, (typeof(x))(a) - 1)
#define __ALIGN_KERNEL_MASK(x, mask)    (((x) + (mask)) & ~(mask))

PAGE_ALIGN(addr)等价于：(addr+(PAGE_SIZE-1)) & ~(PAGE_SIZE-1)

假设PAGE_SIZE=4096，即1 0000 0000 0000(b)，则(PAGE_SIZE-1) = 1111 1111 1111(b)，~(PAGE_SIZE-1)=0000 0000

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1.内存对齐（1）结构体通常我们说32位和64位是指：CPU一次可处理64bit数据，地址线宽度是64位，数据线宽度是64位（一次可读取64bit数据）；结构体内存对齐是针对数据线宽度来说的，64位机器上按照8字节对齐，可以提高访存效率；设想如果一个int类型不对齐时，它的4个字节刚好在两个连续的8字节中间，那么访问这个int时就需要读两次8字节，分别截取这个int的高低两个字节，再拼起来；这里的内存对齐相当于是内存空间换访存时间（2）DMA 2.页面对齐在驱动中申请大内存...

static int siwifi_ipc_rxbuf_frag_alloc(struct siwifi_hw *siwifi_hw, struct siwifi_ipc_buf *buf, size_t skb_size) { struct page *buff_page; unsigned int offset; size_t buff_size; buff_size = skb_size + NET_SKB_PAD + SKB_DATA_ALIGN(sizeof(struct skb_shared_info)); buff_size = SKB_DATA_ALIGN(buff_size); buff_page = page_pool_dev_alloc_frag(siwifi_hw->page_pool, &offset, buff_size); if (unlikely(!buff_page)) { dev_err(siwifi_hw->dev, "Allocation of RX buffer failed\n"); buf->addr = NULL; return -ENOMEM; } buf->dma_addr = page_pool_get_dma_addr(buff_page) + offset + NET_SKB_PAD; buf->addr = page_address(buff_page) + offset; buf->size = skb_size; return 0; }为什么dma地址要加NET_SKB_PAD

03-21

<think>嗯，用户问的是为什么在siwifi_ipc_rxbuf_frag_alloc函数中，DMA地址要加上NET_SKB_PAD。我需要先理解这个函数的上下文和结构。首先，这个函数看起来是在为接收缓冲区分配内存碎片，可能是用于网络数据包处理。函数参数包括硬件结构、缓冲区结构，和skb的大小。里面涉及到页池分配，DMA地址的设置，以及使用page_address获取虚拟地址。用户提到的dma_addr被赋值为page_pool_get_dma_addr加上offset和NET_SKB_PAD。这里可能涉及到DMA映射和对齐的问题。NET_SKB_PAD是内核网络代码中常见的宏，通常用于在skb的数据区域前留出空间，可能是为了对齐或者预留头部空间。为什么DMA地址需要加这个值呢？可能因为DMA传输的数据需要从正确的起始位置开始。当分配内存时，实际的数据区域可能需要在缓冲区中有一个偏移，比如留出头部空间，这样在接收数据时，协议头可以直接在预留的位置写入，而不需要移动数据。所以，DMA地址需要指向数据区域的起始位置，也就是在分配的页的DMA地址基础上，加上offset和NET_SKB_PAD，这样DMA传输的数据会正确地对齐到skb的数据区域。另外，NET_SKB_PAD可能还涉及缓存对齐，确保数据不会跨缓存行，提高访问效率。而DMA地址需要正确反映这个偏移，确保硬件写入数据的位置和软件预期的位置一致。不过，用户可能更想知道具体的原因，比如是否有文档说明，或者这个设计背后的考虑。需要确认NET_SKB_PAD的作用，以及DMA地址计算时为何必须包含这个偏移。可能还需要解释page_pool_dev_alloc_frag如何分配内存，返回的offset是什么，为什么需要同时调整虚拟地址和DMA地址。总结起来，DMA地址加NET_SKB_PAD是为了让硬件写入数据时，预留出skb数据前的空间，确保数据对齐和正确的内存布局，方便后续网络协议栈处理。</think>以下是对`siwifi_ipc_rxbuf_frag_alloc`函数中**DMA地址需加`NET_SKB_PAD`**的详细解释： --- ### 一、背景与函数目标该函数用于为Wi-Fi驱动的接收缓冲区（RX Buffer）分配内存片段，主要服务于网络数据包（`sk_buff`，即`skb`）的存储。其核心步骤包括： 1. 计算所需缓冲区大小（包含对齐要求） 2. 通过页池（Page Pool）分配物理内存页片段 3. 设置缓冲区的DMA地址和虚拟地址 --- ### 二、`NET_SKB_PAD`的作用 `NET_SKB_PAD`是Linux内核网络子系统定义的常量，通常为`32`字节。它的核心用途是： 1. **预留头部空间** 在`skb`的数据区（`data`指针）前预留一段空间，确保后续协议处理（如添加以太网头、IP头等）时，无需频繁移动数据内容，直接向前扩展即可。 2. **缓存对齐优化** 通过预填充`NET_SKB_PAD`，使得`skb->data`的起始地址符合CPU缓存行对齐要求，避免跨缓存行访问带来的性能损失。 --- ### 三、DMA地址为何要加`NET_SKB_PAD` 在代码中，DMA地址的计算如下： ```c buf->dma_addr = page_pool_get_dma_addr(buff_page) + offset + NET_SKB_PAD; ``` **原因解释**： 1. **内存布局适配** 分配的缓冲区实际内存布局如下： ``` | 原始页起始地址 | → [可能的填充区域] → [NET_SKB_PAD预留区] → [数据区] ``` - `page_pool_dev_alloc_frag`返回的`offset`指向原始页内分配的片段起始地址。 - **DMA传输的目标地址应指向数据区的起始位置**（即`skb->data`），而非整个缓冲区的起始位置。因此需要额外加上`NET_SKB_PAD`，跳过预留区域。 2. **硬件写入对齐** 网络硬件（如Wi-Fi芯片）通过DMA将接收到的数据直接写入内存。硬件需要知道数据区的确切起始位置（即`skb->data`），而`NET_SKB_PAD`的存在使得硬件写入的DMA地址必须跳过预留空间，否则会导致协议头被覆盖。 3. **虚拟地址与DMA地址的对称性** 在代码中，虚拟地址的计算同样加上了`NET_SKB_PAD`： ```c buf->addr = page_address(buff_page) + offset + NET_SKB_PAD; ``` 这保证了虚拟地址与DMA地址指向同一数据区起始点，避免软件和硬件对数据位置的理解不一致。 --- ### 四、关键代码流程 1. **缓冲区总大小计算** ```c buff_size = skb_size + NET_SKB_PAD + ...; // 包含对齐和附加结构 ``` - `NET_SKB_PAD`作为预留空间被包含在总大小中。 2. **页池分配** ```c page_pool_dev_alloc_frag() // 返回页的物理片段起始位置（offset） ``` - 分配的片段起始位置对应原始页的某个偏移（`offset`）。 3. **DMA地址调整** - 通过`offset + NET_SKB_PAD`定位到数据区的物理起始地址，供硬件DMA使用。 --- ### 五、示例内存布局假设分配的页片段如下： ``` | Page Start | ... | Offset | [NET_SKB_PAD] | [Actual Data Area] | ... | ``` - **DMA地址**：`Page DMA基地址 + Offset + NET_SKB_PAD` - **虚拟地址**：`Page虚拟地址 + Offset + NET_SKB_PAD` --- ### 六、总结添加`NET_SKB_PAD`到DMA地址的目的是： 1. 让硬件DMA写入的数据直接落到`skb`的`data`区域。 2. 保证虚拟地址与DMA地址的一致性。 3. 避免协议栈处理时频繁移动数据，提升性能。