PAGE_ALIGN()

理解Linux中的PAGE_ALIGN()函数
PAGE_ALIGN()  2012-09-26 10:54:29

分类: LINUX

将物理地址addr修整为页边界地址(页的上边界)

#define PAGE_ALIGN(addr)    (((addr)+PAGE_SIZE-1)&PAGE_MASK)

|------------|<-- PAGE_ALGN(addr)
|            |
|            |
|            |
|            |<-- addr
|            |
|            |
|            |
|            |
|------------|
one page(4K)




#define PAGE_SHIFT 12
#define PAGE_SIZE   (1UL << PAGE_SHIFT)
#define PAGE_MASK   (~(PAGE_SIZE-1))




PAGE_MASK = ~(1 0000 0000 0000 - 1) = ~(1111 1111 1111) = 0000 0000 0000 
PAGE_SIZE = 1 0000 0000 0000        = 2^12              = 4K


如addr 为0x22000001 。。 PAGE_ALIGN(addr)=( 0x22000001+4096-1)&0xfffff000
=(0x22000001+0xfff)&0xfffff000=0x22001000&0xfffff000
=0x22001000;
同样,比如addr为0x22000003, PAGE_ALIGN(addr) 后仍然是0x22001000;

就是和下一个页对齐,一个页为4k。起始地址为0x xxxxx 000;
### PAGE_ALIGN的含义及其在内存管理中的作用 PAGE_ALIGN 是一种用于实现页面对齐的宏定义,常见于操作系统内核(如 Linux 和 Windows)中,用于确保内存地址按照页面大小对齐。在现代系统中,内存通常以页(page)为单位进行管理,常见的页面大小为 4KB(即 4096 字节)。为了提高内存访问效率和简化地址转换,通常要求内存地址对齐到页面边界,即地址为 PAGE_SIZE 的整数倍。 PAGE_ALIGN 的作用是将一个给定的地址向上对齐到最近的页面边界。这在内存分配、虚拟地址映射、页表操作等场景中具有重要意义。例如,在内核中分配内存时,若请求的地址未对齐到页面边界,则需要通过 PAGE_ALIGN 宏将其调整为最近的页面对齐地址,以确保后续操作的正确性和性能[^2]。 ### PAGE_ALIGN 的原理 PAGE_ALIGN 的实现基于位运算,其核心思想是利用页面大小的特性(即 PAGE_SIZE 通常是 2 的幂次)来快速完成对齐操作。以 PAGE_SIZE = 4096 为例,其二进制表示为 `0x1000`,即 `1000000000000`。因此,一个地址若为页面对齐的,则其低 12 位为 0。 PAGE_ALIGN 的典型实现如下: ```c #define PAGE_MASK (~(PAGE_SIZE - 1)) #define PAGE_ALIGN(addr) (((addr) + PAGE_SIZE - 1) & PAGE_MASK) ``` 该宏的执行过程如下: 1. `(addr) + PAGE_SIZE - 1`:将地址加上 PAGE_SIZE - 1,确保在向下取整时能够跳过当前页面未对齐的部分。 2. `& PAGE_MASK`:通过与 PAGE_MASK 进行按位与操作,清除低 12 位,从而将地址对齐到最近的页面起始地址。 例如,若 `addr = 0x1234`,则 `PAGE_ALIGN(addr)` 的结果为 `0x2000`,因为 `0x1234 + 0xFFF = 0x2233`,再与 `0xFFFFF000` 进行按位与操作后结果为 `0x2000`。 这种实现方式不仅高效,而且具有良好的可移植性,适用于不同架构下的页面大小配置[^4]。 ### 内存对齐的作用 1. **提高内存访问效率**:现代 CPU 对内存的访问是以缓存行为单位进行的,若数据未对齐到页面边界,可能会导致多次内存访问,从而影响性能。 2. **简化地址转换**:在虚拟内存系统中,页表机制依赖于页面对齐的地址进行映射和转换。若地址未对齐,将增加页表管理的复杂度。 3. **保证内存操作的原子性**:某些内存操作(如原子变量、自旋锁等)要求数据结构在内存中对齐到特定边界,以确保操作的原子性和一致性。 4. **避免硬件限制**:部分硬件(如 DMA 控制器)在访问内存时要求数据必须对齐到页面边界,否则可能引发异常或性能下降。 ### 示例代码 以下是一个使用 PAGE_ALIGN 宏的示例: ```c #include <stdio.h> #define PAGE_SIZE 4096 #define PAGE_MASK (~(PAGE_SIZE - 1)) #define PAGE_ALIGN(addr) (((addr) + PAGE_SIZE - 1) & PAGE_MASK) int main() { unsigned long addr = 0x1234; unsigned long aligned_addr = PAGE_ALIGN(addr); printf("Original address: 0x%lx\n", addr); printf("Aligned address: 0x%lx\n", aligned_addr); return 0; } ``` 输出结果为: ``` Original address: 0x1234 Aligned address: 0x2000 ``` 该示例展示了如何将一个非对齐地址转换为最近的页面对齐地址。
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