vmalloc과 vmap: 떨어진 페이지를 연속 주소로 보기

이 코드는 어떤 문제를 푸나요?

연속된 포인터 범위가 반드시 연속된 물리 RAM을 뜻하지는 않습니다. vmap은 이미 확보한 페이지 배열을 받아 커널의 연속 가상 주소 범위에 연결합니다. vmalloc이 페이지 확보까지 포함하는 것과 구분하면 가상 주소 관리와 물리 페이지 공급의 역할이 보입니다.

읽을 범위: v6.18.37 · mm/vmalloc.c · vmap 3501–3540행입니다. 아래에 이 범위의 원문과 각 줄의 설명을 실었습니다. 주제 전체의 흐름과 다른 경로는 기존 분석에서 함께 읽으실 수 있습니다.

먼저 알아둘 개념

가상 연속성

addr, addr+PAGE_SIZE처럼 가상 주소가 이어진다는 뜻입니다. 각 가상 페이지가 가리키는 물리 페이지는 서로 멀리 떨어져 있을 수 있습니다.

페이지 배열

pages[i]는 i번째 가상 페이지에 연결할 물리 페이지의 메타데이터를 가리킵니다. 배열 자체를 연속 데이터 버퍼로 사용하는 것은 아닙니다.

guard page

매핑 끝 경계를 넘어간 접근을 발견하도록 비워 두는 보호 영역입니다. 인접한 다른 매핑의 경계 보호와도 관계가 있습니다.

처음 읽을 때

세 페이지를 물리 순서 9번·2번·15번으로 확보했다고 가정해 보세요. 가상 주소 A, A+P, A+2P에 배열 순서대로 연결하면 호출자는 하나의 연속 버퍼처럼 접근할 수 있습니다.

더 깊이 살펴볼 때

오류 경로에서 가상 영역 해제와 페이지 소유권을 구분해 보세요. VM_MAP_PUT_PAGES의 유무에 따라 vmap 이후 누가 페이지 참조를 정리하는지가 달라집니다.

그림으로 보는 변화

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1단계 고정

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1. 페이지 배열 준비

예시 pages = [물리 9번, 2번, 15번]

숫자는 설명용 페이지 번호입니다. 화살표는 배열의 순서가 매핑 순서가 됨을 뜻합니다.

2. 연속 가상 범위 확보

가상 A, A+P, A+2P

P는 페이지 크기입니다. 이 단계는 물리 페이지를 연속 배치하는 작업이 아닙니다.

3. 페이지 테이블로 연결

A→9번, A+P→2번, A+2P→15번

이 화살표는 주소 변환 관계입니다. 실행 순서나 데이터 복사를 뜻하지 않습니다.

vmap를 한 줄씩 읽기

줄 번호는 v6.18.37 원문 기준입니다. 주석·빈 줄을 포함한 함수 전체를 먼저 보고, 그 아래에서 각 줄을 설명합니다.

void *vmap(struct page **pages, unsigned int count,
	   unsigned long flags, pgprot_t prot)
{
	struct vm_struct *area;
	unsigned long addr;
	unsigned long size;		/* In bytes */

	might_sleep();

	if (WARN_ON_ONCE(flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
		return NULL;

	/*
	 * Your top guard is someone else's bottom guard. Not having a top
	 * guard compromises someone else's mappings too.
	 */
	if (WARN_ON_ONCE(flags & VM_NO_GUARD))
		flags &= ~VM_NO_GUARD;

	if (count > totalram_pages())
		return NULL;

	size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
	area = get_vm_area_caller(size, flags, __builtin_return_address(0));
	if (!area)
		return NULL;

	addr = (unsigned long)area->addr;
	if (vmap_pages_range(addr, addr + size, pgprot_nx(prot),
				pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
		vunmap(area->addr);
		return NULL;
	}

	if (flags & VM_MAP_PUT_PAGES) {
		area->pages = pages;
		area->nr_pages = count;
	}
	return area->addr;
}

void *vmap(struct page **pages, unsigned int count,

	   unsigned long flags, pgprot_t prot)

	struct vm_struct *area;

	unsigned long addr;

	unsigned long size;		/* In bytes */

	might_sleep();

	if (WARN_ON_ONCE(flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))

		return NULL;

	if (WARN_ON_ONCE(flags & VM_NO_GUARD))

		flags &= ~VM_NO_GUARD;

	if (count > totalram_pages())

		return NULL;

	size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;

	area = get_vm_area_caller(size, flags, __builtin_return_address(0));

	if (!area)

		return NULL;

	addr = (unsigned long)area->addr;

	if (vmap_pages_range(addr, addr + size, pgprot_nx(prot),

				pages, PAGE_SHIFT) < 0) {

		vunmap(area->addr);

		return NULL;

	if (flags & VM_MAP_PUT_PAGES) {

		area->pages = pages;

		area->nr_pages = count;

	return area->addr;

함께 생각해 볼 질문

출처와 읽은 범위

Linux stable v6.18.37 · mm/vmalloc.c

해당 버전 원본 파일 · 기존 코드 분석 · 설명 원고