如何在Linux内核模块中分配由1GB HugePages支持的DMA缓冲区？

Question

我正在尝试为HPC工作负载分配DMA缓冲区。它需要64GB的缓冲空间。在计算之间，一些数据被卸载到PCIe卡。我没有将数据复制到pci_alloc_consistent给出的一堆极小的4MB缓冲区中，而是想创建64个1GB缓冲区，由1GB HugePages支持。

一些背景信息：内核版本：CentOS 6.4 / 2.6.32-358.el6.x86_64内核启动选项：hugepagesz = 1g hugepages = 64 default_hugepagesz = 1g

/ proc / meminfo的相关部分：AnonHugePages：0 kB HugePages_Total：64 HugePages_Free：64 HugePages_Rsvd：0 HugePages_Surp：0 Hugepagesize：1048576 kB DirectMap4k：848 kB DirectMap2M：2062336 kB DirectMap1G：132120576 kB

我可以挂载-t hugetlbfs nodev / mnt / hugepages。 CONFIG_HUGETLB_PAGE为true。 MAP_HUGETLB已定义。

我已经阅读了一些关于使用libhugetlbfs在用户空间中调用get_huge_pages（）的信息，但理想情况下，这个缓冲区将在内核空间中分配。我尝试用MAP_HUGETLB调用do_mmap（）但它似乎没有改变自由大页面的数量，所以我认为它实际上不是用大页面支持mmap。

所以我想我得到的是，有什么方法可以将缓冲区映射到内核空间中的1GB HugePage，还是必须在用户空间中完成？或者，如果有人知道任何其他方式，我可以获得一个巨大的（1-64GB）数量的连续物理内存可用作内核缓冲区？

Answer 1

这在内核空间中并不常见，因此没有太多示例。

就像任何其他页面一样，大页面分配了alloc_pages，调整到：

struct page *p = alloc_pages(GFP_TRANSHUGE, HPAGE_PMD_ORDER);

HPAGE_PMD_ORDER是一个宏，根据普通页面定义单个巨大页面的顺序。以上暗示在内核中启用了透明的大页面。

然后，您可以使用kmap（）以通常的方式继续映射获取的页面指针。

免责声明：我自己从未尝试过，所以你可能需要做一些实验。要检查的一件事是：HPAGE_PMD_SHIFT表示较小“巨大”页面的顺序。如果你想使用那些巨大的1GB页面，你可能需要尝试不同的顺序，可能是PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT。

Answer 2

问题

1. 通常，如果要分配DMA缓冲区或获取物理地址，这是在内核空间中完成的，因为用户代码永远不必使用物理地址。
2. Hugetlbfs仅提供用户空间映射以分配1GB大页面，并获取用户空间虚拟地址
3. 不存在将用户巨页虚拟地址映射到物理地址的功能

EUREKA

但功能确实存在！埋藏的deep in the 2.6 kernel source code就是这个函数，用于从虚拟地址获取结构页面，标记为“仅用于测试”并用#if 0阻塞：

#if 0   /* This is just for testing */
struct page *
follow_huge_addr(struct mm_struct *mm, unsigned long address, int write)
{
    unsigned long start = address;
    int length = 1;
    int nr;
    struct page *page;
    struct vm_area_struct *vma;

    vma = find_vma(mm, addr);
    if (!vma || !is_vm_hugetlb_page(vma))
        return ERR_PTR(-EINVAL);

    pte = huge_pte_offset(mm, address);

    /* hugetlb should be locked, and hence, prefaulted */
    WARN_ON(!pte || pte_none(*pte));

    page = &pte_page(*pte)[vpfn % (HPAGE_SIZE/PAGE_SIZE)];

    WARN_ON(!PageHead(page));

    return page;
}

解决方案：由于上述函数实际上并未编译到内核中，因此您需要将其添加到驱动程序源中。

用户端工作流程

1. 使用内核启动选项在启动时分配1gb largepages
2. 使用hugetlbfs调用get_huge_pages（）以获取用户空间指针（虚拟地址）
3. 将用户虚拟地址（正常指针强制转换为unsigned long）传递给驱动程序ioctl

内核驱动程序工作流程

1. 通过ioctl接受用户虚拟地址
2. 调用follow_huge_addr获取结构页面*
3. 在struct page *上调用page_to_phys以获取物理地址
4. 为DMA提供设备的物理地址
5. 如果您还需要内核虚拟指针，请在struct page *上调用kmap

免责声明

• 几年后，上述步骤正在回忆中。我无法访问原始源代码。尽职尽责并确保我不会忘记一步。
• 这种方法的唯一原因是因为在启动时分配了1GB大页面，并且它们的物理地址被永久锁定。不要尝试将非1GBhugepage支持的用户虚拟地址映射到DMA物理地址！你将度过一段美好的时光！
• 在您的系统上仔细测试，确认您的1GB大页面实际上已锁定在物理内存中，并确保一切正常。这段代码在我的设置上完美运行，但如果出现问题，这里有很大的危险。
• 此代码仅保证在x86 / x64体系结构（物理地址==总线地址）和内核版本2.6.XX上有效。可能有一种更简单的方法可以在以后的内核版本上执行此操作，或者现在可能完全不可能。

Answer 3

如果从hugespace中分配的用户空间给定物理地址，则此函数在内核空间中返回正确的虚拟地址。

static inline void * phys_to_virt(unsigned long address)

在内核代码上寻找功能，用dpdk和内核模块进行测试。