Отображения DMA. 
Системы прямого доступа к памяти

Отображения DMA являются комбинацией выделения буфера DMA и генерации адреса для этого буфера, который доступен устройству. Заманчиво получить такой адрес просто вызвав virt_to_bus, но есть веские основания для избегания такого подхода. Первым из них является то, что соответствующее оборудование поставляется с IOMMU, что обеспечивает для шины набор регистров отображения. IOMMU может организовать появление любой физической памяти в диапазоне адресов, доступных устройству, и это может сделать физически разделённые буферы выглядящими последовательно для устройства. Работа с IOMMU требует использования универсального уровня DMA; virt_to_bus не подходит для этой задачи.

Заметим, что не все архитектуры имеют IOMMU; в частности, популярная платформа x86 не имеет поддержки IOMMU. Тем не менее, должным образом написанному драйверу нет необходимости знать о поддержке ввода/вывода оборудованием, на котором он выполняется.

Настройка пригодных для устройства адресов в некоторых случаях также может потребовать создания возвратного буфера. Возвратные буферы создаются, когда драйвер пытается выполнить DMA на адрес недоступный для периферийного устройства, например, адрес верхней памяти. Затем данные копируются в и из возвратного буфера, как необходимо. Разумеется, использование возвратных буферов может замедлить ход событий, но иногда альтернативы нет.

Отображения DMA также должны обратиться к вопросу о согласовании кэша. Помните, что современные процессоры хранят копии наиболее часто используемых областей памяти в быстром, локальном кэше; без этого кэша приемлемая производительность невозможна. Если ваше устройство изменяет область основной памяти, крайне важно, чтобы любые процессорные кэши, охватывающие эту область, стали недействительными; в противном случае, процессор может работать с неправильным образом основной памяти и в результатом будет повреждение данных. Аналогично, когда ваше устройство использует DMA для чтения данных из основной памяти, любые изменения в этой памяти, находящиеся в кэшах процессора, должны быть прочитаны в первую очередь. Эти вопросы согласованности кэша могут создать бесконечные непонятные и труднообнаруживаемые ошибки, если программист не осторожен. Некоторые архитектуры управляют согласованием кэша аппаратно, но другие требуют поддержки от программного обеспечения. Универсальный уровень DMA делает многое, чтобы обеспечить, чтобы всё работало корректно на всех архитектурах, но, как мы увидим, надлежащее поведение требует соблюдения небольшого набора правил.

Для представления шинных адресов отображение DMA устанавливает новый тип, dma_addr_t. Переменные типа dma_addr_t должны рассматриваться драйвером как непрозрачные; единственными допустимыми операциями являются передачи их подпрограммам поддержки DMA и в само устройство. Как и шинный адрес, dma_addr_t может привести к неожиданным проблемам, если использовать его непосредственно центральным процессором.

Код PCI различает два типа отображений DMA, в зависимости от ожидания того, как долго будет существовать буфер DMA:

Согласованные отображения DMA.

Эти отображения обычно существуют во время жизни драйвера. Согласованный буфер должен быть одновременно доступным для процессора и периферии (другие типы отображения, как мы увидим позднее, могут быть доступны в любой момент времени только одному или другому). В результате согласованные отображения должны находиться в согласованной с кэшем памяти. Согласованные отображения могут быть дорогими в настройке и использовании.

Потоковые отображения DMA.

Потоковые отображения, как правило, создаются на одну операцию. Как мы увидим, некоторые архитектуры позволяют значительную оптимизацию, когда используются потоковые отображения, но эти отображения также управляются строгим набором правил в том, как они могут быть доступны. Когда это возможно, разработчики ядра рекомендуют использовать потоковые отображения вместо согласованных отображений. Есть две причины для такой рекомендации. Первой является то, что в системах, которые поддерживают регистры отображения, каждое отображение DMA использует на шине один или более из них. Согласованные отображения, которые имеют долгую жизнь, могут монополизировать эти регистры в течение длительного времени, даже когда они не используются. Другая причина состоит в том, что на некотором оборудовании потоковые отображения могут быть оптимизированы способами, недоступными для согласованных отображений.

Эти два типа отображения должны управляться разными способами; настало время взглянуть на подробности.