linux virtual page pfn physical的关系

基于linux4.14.79, TI AM5728 SDK。

phys：physical物理地址
pfn：物理页帧号（也有叫页框号的？）
page：描述物理页的结构体
virt：virtual虚拟地址

#define PAGE_SHIFT		12
/* 物理内存起始地址 */
#define PHYS_OFFSET	((phys_addr_t)__pv_phys_pfn_offset << PAGE_SHIFT)
/* 物理内存起始页帧号 */
#define PHYS_PFN_OFFSET	(__pv_phys_pfn_offset)
#define ARCH_PFN_OFFSET		PHYS_PFN_OFFSET
/* 内核虚拟空间起始地址 */
#define PAGE_OFFSET		UL(CONFIG_PAGE_OFFSET)
/* 物理内存page结构体指针，指向第一个page结构体 */
struct page *mem_map;

phys <=> pfn :

#define PHYS_PFN(x)	((unsigned long)((x) >> PAGE_SHIFT))
#define PFN_PHYS(x)	((phys_addr_t)(x) << PAGE_SHIFT)

pfn <=> page:

#define page_to_pfn __page_to_pfn
#define pfn_to_page __pfn_to_page

#define __pfn_to_page(pfn)	(mem_map + ((pfn) - ARCH_PFN_OFFSET))
#define __page_to_pfn(page)	((unsigned long)((page) - mem_map) + \
				 ARCH_PFN_OFFSET)

pfn - ARCH_PFN_OFFSET表示物理内存对应的页帧号。mem_map是物理内存的page结构体存放地址，加上物理内存的页帧号得到对应物理页的page结构体存放地址（虚拟）。

page <=> virt：

虚拟地址和page结构体地址的转换需要区分线性映射区和vmalloc区（vmalloc/ioremap动态映射，以及使用iotable_init()的机器相关的静态映射），前者属于低端内存，后者属于高端内存。
关于高端内存和低端内存的介绍：https://mp.csdn.net/console/editor/html/100771734。
线性映射区：
线性映射区page 和 virt的转换需要先转换为pfn, page和pfn的转换前面已经介绍了，下面时 virt 和 pfn的转换（同样只适用于线性映射区），根据不同的

/* virt_to_pfn的一种简单实现 */
#define virt_to_pfn(kaddr) \
	((((unsigned long)(kaddr) - PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT) + \
	 PHYS_PFN_OFFSET)

/* 下面是常规的 */
#define virt_to_pfn(kaddr)	(__pa(kaddr) >> PAGE_SHIFT)
#define pfn_to_virt(pfn)	__va((pfn) << PAGE_SHIFT)

#define __pa(x)			__virt_to_phys((unsigned long)(x))
#define __va(x)			((void *)__phys_to_virt((phys_addr_t)(x)))

#define __virt_to_phys(x)	__virt_to_phys_nodebug(x)
/* 这2个函数根据不同的配置，实现不一样 */
static inline unsigned long __phys_to_virt(phys_addr_t x);
static inline phys_addr_t __virt_to_phys_nodebug(unsigned long x);

/* 下面是一种实现 */
static inline phys_addr_t __virt_to_phys_nodebug(unsigned long x)
{
	return (phys_addr_t)x - PAGE_OFFSET + PHYS_OFFSET;
}
static inline unsigned long __phys_to_virt(phys_addr_t x)
{
	return x - PHYS_OFFSET + PAGE_OFFSET;
}

virt和page的转换： 

#define virt_to_page(addr)	pfn_to_page(virt_to_pfn(addr))
#define page_to_virt(page)	pfn_to_virt(page_to_pfn(page))

vmalloc区：

struct page *vmalloc_to_page(const void *vmalloc_addr);