scatterlist

• 物理內存的散列表。通俗講，就是把一些分散的物理內存，以列表的形式組織起來

誕生背景

• 假設有三個模塊可以訪問memory：CPU、DMA控制器和某個外設。
• CPU通過MMU以虛擬地址（VA）的形式訪問memory；
• DMA直接以物理地址（PA）的形式訪問memory；
• Device通過自己的IOMMU以設備地址（DA）的形式訪問memory。
• 然后，某個“軟件實體”分配并使用了一片存儲空間。該存儲空間在CPU視角上（虛擬空間）是連續的，起始地址是va1（實際上，它映射到了3塊不連續的物理內存上，我們以pa1,pa2,pa3表示）。那么，如果該軟件單純的以CPU視角訪問這塊空間（操作va1），則完全沒有問題，因為MMU實現了連續VA到非連續PA的映射。
• 不過，如果軟件經過一系列操作后，要把該存儲空間交給DMA控制器，最終由DMA控制器將其中的數據搬移給某個外設的時候，由于DMA控制器只能訪問物理地址，只能以“不連續的物理內存塊”為單位遞交（而不是我們所熟悉的虛擬地址）。此時，scatterlist就誕生了：為了方便，我們需要使用一個數據結構來描述這一個個“不連續的物理內存塊”（起始地址、長度等信息），這個數據結構就是scatterlist。而多個scatterlist組合在一起形成一個表（可以是一個struct scatterlist類型的數組，也可以是kernel幫忙抽象出來的struct sg_table），就可以完整的描述這個虛擬地址了。
• 最后，從本質上說：scatterlist（數組）是各種不同地址映射空間（PA、VA、DA、等等）的媒介（因為物理地址是真實的、實在的存在，因而可以作為通用語言），借助它，這些映射空間才能相互轉換（例如從VA轉到DA）

介紹

struct scatterlist

• struct scatterlist用于描述一個在物理地址上連續的內存塊（以page為單位），它的定義位于“include/linux/scatterlist.h”中，如下：

• page_link，指示該內存塊所在的頁面。bit0和bit1有特殊用途（可參考后面的介紹），因此要求page最低4字節對齊。
• offset，指示該內存塊在頁面中的偏移（起始位置）。
• length，該內存塊的長度。
• dma_address，該內存塊實際的起始地址（PA，相比page更接近我們人類的語言）。
• dma_length，相應的長度信息。

?struct sg_table

• 多個scatterlist組成一個數組，以表示在物理上不連續的虛擬地址空間。通常情況下，使用scatterlist功能的模塊，會自行維護這個數組（指針和長度），例如[2]中所提到的struct mmc_data：

• 不過呢，為了使用者可以偷懶，kernel抽象出來了一個簡單的數據結構：struct sg_table，幫忙保存scatterlist的數組指針和長度

• 其中sgl是內存塊數組的首地址，orig_nents是內存塊數組的size，nents是有效的內存塊個數（可能會小于orig_nents）。
• scatterlist數組中到底有多少有效內存塊呢？這不是一個很直觀的事情，主要有如下2個規則決定：
  • 1）如果scatterlist數組中某個scatterlist的page_link的bit0為1，表示該scatterlist不是一個有效的內存塊，而是一個chain（鉸鏈），指向另一個scatterlist數組。通過這種機制，可以將不同的scatterlist數組鏈在一起，因為scatterlist也稱作chain scatterlist。
  • 2）如果scatterlist數組中某個scatterlist的page_link的bit1為1，表示該scatterlist是scatterlist數組中最后一個有效內存塊（后面的就忽略不計了）。
• table中sgl數組大小最大為PAGE_SIZE，如果nents個數超過了SG_MAX_SINGLE_ALLOC，那么就需要使用到chain了。具體實現可以查看sg_alloc_table -> __sg_alloc_table
• 使用提供的API函數就可以訪問所有的sg了，例如for_each_sg()

參考鏈接

• Linux內核scatterlist API介紹 - AlanTu - 博客園
• Linux內存管理 - 隨筆分類(第2頁) - AlanTu - 博客園
• 聊聊scatterlist的chain結構
• Welcome to The Linux Kernel’s documentation! — The Linux Kernel 4.7 documentation
• Linux Kernel Crypto API — The Linux Kernel 4.7 documentation
• 內核解壓縮 · Linux Inside 中文版
• Linux內核加密模塊crypto的使用 | 楊磊的博客

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux内核 scatterlist介绍的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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