[内核文档] PAT（页面属性表Page Attribute Table）

PAT（页面属性表Page Attribute Table）

 

         X86的页面属性表（PAT）能够在页面级的粒度上设置内存属性。PAT是对MTRR的补充，通过MTRR可以为物理地址区域设置内存类型。但是PAT比MTRR更灵活，因为它可以在页面级别设置属性，而且硬件上也不限制属性设置的数量。PAT相当灵活，即使多个虚拟内存地址映射到同一个物理内存地址，也不会引起内存类型的冲突。

         通过PAT能够设置多种类型的内存属性，其中最常用的有4种：写回（Write-back），不缓存（Uncached），写联合（Write-combined）以及Uncached Minus。

 

PAT APIs

内核中提供了很多能够在页面级设置内存属性的API。为了避免混淆，需要小心地使用这些接口。下表中列出了这些接口、它们的功能以及它们与内存属性的关系。这些API都使用reserve_memtype()/free_memtype()接口来操作物理地址区域，以避免冲突。

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-

 

针对设备驱动的高级APIs

A． 如果要将页面导出到用户空间，可以使用接口remap_pfn_range， io_remap_pfn_range,，vm_insert_pfn

在驱动程序中，有时会希望将一些页面导出到用户空间。此时可以使用mmap接口与下列函数的组合。

1)       pgprot_noncached()

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

在PAT的支持下，Linux引入了一个新的API，pgprot_writecombine。因此，驱动能够持续地使用上述操作序列。首先，在步骤1调用pgprot_noncached()或pgprot_writecombine()。然后在采取步骤二。

步骤二为了确保不会产生映射冲突，将跟踪内存类型列表中那些标记为UC或WC的区域。

需要指出的是，这组API仅仅对IO地址空间有效，对RAM则无效。如果驱动程序希望导出一个RAM区域，则需在步骤1之前再执行一个步骤0，即调用set_memory_uc()或set_memory_wc()，同时也需要跟踪那些页面的使用情况，在页面被释放到空闲池之前调用函数set_memory_wb()。

 

注意：

         上面表格中的“--”符号表示“不推荐使用此API”。其中一些是内核严格规定不能使用的。其它一些，虽然目前没有这么严格的限制，但是将来有可能会出现这样的情况。

         对于通过/sys或/proc进行的ioremap与pci访问，如果在被访问的地址上存在冲突，将返回一个较为严格的内存类型。比如：如果已经存在了uncached映射，那么操作ioremap_wc()会返回uncached映射而不是申请的write-combine。

         set_memory_[uc|wc]和set_memory_wb需要成对的使用，此时，驱动将首先申请一个uc或wc区域，在使用之后，再将该区域切换为wb。

         对/proc/mtrr的操作已经不再被推荐了，取而代之，可以使用基于PAT的接口。

         驱动程序可以使用ioremap_[uc|wc]访问PCI BARs，相应的访问类型为[uc|wc]。

         驱动程序可以使用set_memory_[uc|wc]为RAM区域设置访存类型。

 

PAT调试

         如果使能了CONFIG_DEBUG_FS选项，仅能够通过下面的方式检查PAT的内存类型列表。

# 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

         这个列表说明了物理地址区域以及访问这些区域的PAT设置。

         另外，通过内核启动选项“debugpat”可以获取更加详细的PAT调试信息。设置此参数后，各种调试信息将打印在dmesg日志中。