idmap_pg_dir页表

当主CPU启动完成之后，已经把页表设置成了swapper_pg_dir，到这里为止，kernel一般情况下是不再需要idmap这个页表的，但是还是有些特殊情况下需要idmap：

第二个CPU启动

当第二个CPU启动的时候，MMU是关闭的。要设置TTBR1 到swapper_pg_dir 之前，需要把TTBR0 设置成idmap，否则系统在使能MMU的时候找不到下一条指令的地址。参考函数：secondary_startup
CPU resume时

当CPU从sleep状态回到正常状态的时候，这个时候也需要重新设置TTBR1 到swapper_pg_dir。同样需要把TTBR0 设置成idmap。参考函数：cpu_resume
更改TTBR1 的Common not Private bit时

在第一次安装页表swapper_pg_dir时，这个时候cpu feature的框架还没有准备好，当CPU feature的启动时，如果检测到CPU使能了Common not Private，就需要重新更改TTBR1的Common not Private bit。这个时候也需要用到idmap。参考： cpu_enable_swapper_cnp
//TODO kasan时

其实这个时候也不是整个kernel都需要做idmap，只是一些跟MMU相关的代码，才需要做idmap，下面会详细提到。

idmap_pg_dir页表的分配

顶级页表是在Linux link 脚本中分配：

idmap_pg_dir = .;
. += PAGE_SIZE;

其他级别的页表都是通过memblock的函数：early_pgtable_alloc 来进行分配。

early_pgtable_alloc分配出来的是物理地址，这个时候不可以直接对他进行access，这个时候就需要用到fixmap里面的 FIX_PGD,FIX_PUD,FIX_PMD以及FIX_PTE来把这个分配出的物理地址在页表swapper_pg_dir 中进行映射。这也就是FIX_XXX的作用。

static phys_addr_t __init early_pgtable_alloc(int shift)
{
        //......
        ptr = pte_set_fixmap(phys);

        memset(ptr, 0, PAGE_SIZE);

        /*
         * Implicit barriers also ensure the zeroed page is visible to the page
         * table walker
         */
        pte_clear_fixmap();

        return phys;
}

下面这些宏的主要作用就是映射这些页表以及地址之间的转换：

#define pte_offset_phys(dir,addr)       (pmd_page_paddr(READ_ONCE(*(dir))) + pte_index(addr) * sizeof(pte_t))
#define pte_set_fixmap(addr)            ((pte_t *)set_fixmap_offset(FIX_PTE, addr))
#define pte_set_fixmap_offset(pmd, addr)        pte_set_fixmap(pte_offset_phys(pmd, addr))
#define pte_clear_fixmap()              clear_fixmap(FIX_PTE)

#define pmd_offset_phys(dir, addr)      (pud_page_paddr(READ_ONCE(*(dir))) + pmd_index(addr) * sizeof(pmd_t))
#define pmd_set_fixmap(addr)            ((pmd_t *)set_fixmap_offset(FIX_PMD, addr))
#define pmd_set_fixmap_offset(pud, addr)        pmd_set_fixmap(pmd_offset_phys(pud, addr))
#define pmd_clear_fixmap()              clear_fixmap(FIX_PMD)

#define pud_offset_phys(dir, addr)      (p4d_page_paddr(READ_ONCE(*(dir))) + pud_index(addr) * sizeof(pud_t))
#define pud_set_fixmap(addr)            ((pud_t *)set_fixmap_offset(FIX_PUD, addr))
#define pud_set_fixmap_offset(p4d, addr)        pud_set_fixmap(pud_offset_phys(p4d, addr))
#define pud_clear_fixmap()              clear_fixmap(FIX_PUD)

#define pgd_set_fixmap(addr)    ((pgd_t *)set_fixmap_offset(FIX_PGD, addr))
#define pgd_clear_fixmap()      clear_fixmap(FIX_PGD)

映射页表的函数会使用如上的宏才能读写页表,如：

static void init_pmd(pud_t *pudp, unsigned long addr, unsigned long end,
                     phys_addr_t phys, pgprot_t prot,
                     phys_addr_t (*pgtable_alloc)(int), int flags)
{
        unsigned long next;
        pmd_t *pmdp;

        pmdp = pmd_set_fixmap_offset(pudp, addr);
        do {
                pmd_t old_pmd = READ_ONCE(*pmdp);

idmap_pg_dir映射的范围

通过函数create_idmap，可以发现IDMAP_TEXT（idmap.text）定义的这个section都会被idmap做一一映射。基本上可以发现，只要是跟设置TTBR1 相关的代码，都应该要放在这个section中，如函数：

__enable_mmu
__cpu_setup
cpu_resume
cpu_soft_restart

当然还有更多函数，这里就不一一列举。