HoRain云--Linux PAGE_ALIGN宏定义的理解

   

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专栏介绍

1. 宏定义

2. 实现原理

3. 使用场景

4. 对比其他对齐方式

5. 注意事项

6. 示例代码

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1. 宏定义

在Linux内核源码中，PAGE_ALIGN通常定义如下：

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

或通过通用对齐宏ALIGN实现：

#define PAGE_ALIGN(addr)  ALIGN(addr, PAGE_SIZE)

其中：

• PAGE_SIZE：页大小（如4KB，即4096）。
• PAGE_MASK：页掩码（如~（PAGE_SIZE - 1)，即低12位为0）。

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2. 实现原理

• 步骤：通过将地址addr加上PAGE_SIZE - 1，再与PAGE_MASK按位与操作，舍去低位。

  aligned_addr = (addr + PAGE_SIZE - 1) & ~(PAGE_SIZE - 1);
  

• 作用：确保结果地址是不小于原地址且是PAGE_SIZE整数倍的最小地址。

示例：

• 若PAGE_SIZE = 4096（十六进制0x1000）：
  • addr = 0x1234 → 0x1234 + 0xFFF = 0x2233 → 0x2233 & 0xFFFFF000 = 0x2000。
  • addr = 0x2000（已对齐） → 结果仍为0x2000。

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3. 使用场景

• 内存分配：确保分配的缓冲区起始地址对齐页边界（如DMA操作需物理连续且对齐）。
• 地址转换：将虚拟地址转换为物理页帧号（PFN）时，需对齐地址。
• 映射操作：创建页表或调整内存映射时，要求地址按页对齐。

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4. 对比其他对齐方式

• 向下对齐：直接与PAGE_MASK按位与：

  #define PAGE_ALIGN_DOWN(addr) ((addr) & PAGE_MASK)
  

• 通用对齐：ALIGN(addr, n)可对齐任意n字节边界。

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5. 注意事项

• 溢出问题：在32位系统中，若addr接近0xFFFFFFFF，加PAGE_SIZE-1可能导致溢出。内核通常通过类型（如unsigned long）和地址合法性检查规避。
• 物理与虚拟地址：该宏适用于虚拟地址，物理地址对齐需结合具体硬件约束。

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6. 示例代码

#include 

void example() {
    unsigned long addr = 0x1234;
    unsigned long aligned_addr = PAGE_ALIGN(addr);
    // aligned_addr = 0x2000
}

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通过PAGE_ALIGN宏，Linux内核确保了内存操作的效率和硬件兼容性，是内存管理中的基础工具。

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