2. 内存管理基础：物理内存与虚拟内存、MMU工作原理、页表与页框
好，咱们开始聊内存管理。说实话，做Camera驱动这么多年，我踩过最多的坑，就是内存相关的。DMA传着传着数据就飞了，或者buffer地址不对导致图像花屏，十有八九都是内存管理没搞透。这一节，咱们把地基打牢。
2.1 物理内存 vs 虚拟内存
先问个问题：你写代码的时候，malloc出来的地址，真的是物理地址吗？
不是。那是虚拟地址。
物理内存就是板上焊的那几颗DDR颗粒，4GB就是4GB，8GB就是8GB。但每个进程都觉得自己独占4GB空间——这就是虚拟内存的功劳。
我当年刚做驱动时，有个血泪教训。写了个测试程序，直接往物理地址0x10000000写数据，结果系统立马挂掉。为什么？因为那个地址被内核占用了，用户态根本不能碰。后来我才明白，用户态程序看到的地址，全是虚拟的，得通过MMU翻译才能找到真正的物理位置。
核心区别一句话：
- 物理内存：硬件真实存在的RAM，地址从0开始到最大值
- 虚拟内存：每个进程独立的地址空间，由MMU+页表映射到物理内存
在Camera驱动里，这个区别特别重要。比如ISP（图像信号处理器）要直接访问内存，它只能认物理地址。你给用户态app传个虚拟地址过去，ISP直接懵圈。所以驱动里经常要做virt_to_phys()或者dma_map_single()这类转换。
2.2 MMU工作原理
MMU，全称Memory Management Unit，内存管理单元。它就是个硬件翻译官。
CPU发出一个虚拟地址，比如0x7f123456，MMU拿到后，去查页表，找到对应的物理地址，比如0x3a004000，然后才真正去内存里读写数据。
这个过程，我习惯叫它「地址翻译流水线」。大致分三步：
- 拆分地址：虚拟地址被拆成页目录索引、页表索引、页内偏移
- 查页表：逐级查找，找到对应的页表项（PTE）
- 组合物理地址：PTE里存着物理页框号，加上偏移量，得到最终物理地址
你想想看，每次内存访问都要走这么一圈，是不是很慢？所以硬件搞了个TLB（Translation Lookaside Buffer），也就是页表缓存。最近用过的地址映射直接存TLB里，下次查就不用走慢吞吞的页表了。
避坑指南：
我曾经在调试一个Camera预览卡顿问题时，发现每次ISP取图都要几十微秒。查来查去，原来是TLB miss率太高。因为ISP访问的buffer是DMA分配的，物理地址连续但虚拟地址不连续，导致TLB频繁失效。后来改成使用dma_alloc_coherent分配一致性内存，问题解决。
2.3 页表与页框
页表，说白了就是一张映射表。虚拟地址的每一页，对应物理内存的一个页框。
页框（Page Frame）是物理内存的最小管理单位，通常是4KB。虚拟内存也按4KB分页，叫页面（Page）。
页表里每个条目（PTE）大概长这样：
| 物理页框号 (20位) | 标志位 (12位) |
|-------------------|---------------|
| 0x3A004 | 0x0C7 |标志位里包含：
- Present位：页面是否在物理内存中
- RW位：可读可写还是只读
- User位：用户态能否访问
- Dirty位：页面是否被写过
- Access位：页面是否被访问过
嗯，这里要注意：在Camera驱动里，我们经常要操作页表。比如给用户态映射一块物理连续的内存，就得用remap_pfn_range()。这个函数会在用户进程的页表里，手动插入一条映射。
警告：
千万不要在中断上下文里操作页表！页表操作可能触发缺页异常，而中断上下文是不能睡眠的。我见过一个同事，在中断里调了get_user_pages()，结果系统直接panic。血的教训。
2.4 多级页表
32位系统用两级页表，64位系统用四级甚至五级页表。为什么搞这么复杂？
你想想看，如果只用一级页表，4GB虚拟空间需要4GB/4KB = 1M个页表项。每个PTE占4字节，那就是4MB。每个进程都要4MB页表，100个进程就是400MB，太浪费了。
多级页表的好处是：按需分配。进程只用了少量内存，那页表就只建几项，不用一次性全建好。
以ARM64的四级页表为例：
虚拟地址: [PGD索引] [PUD索引] [PMD索引] [PTE索引] [页内偏移]
9位 9位 9位 9位 12位每一级查表，找到下一级页表的基地址。最后一级PTE里，才存真正的物理页框号。
我在做高通平台Camera驱动时，遇到过一个问题：分配大块连续内存时，kmalloc总是失败。后来发现，kmalloc最大只能分配4MB，而且要求物理连续。对于Camera需要的8MB、16MB buffer，得用alloc_pages或者dma_alloc_coherent。这些函数会通过页表映射，把不连续的物理页框，映射成连续的虚拟地址。
2.5 总结
这一节内容不少，但都是基本功。我建议你记住三点：
- 虚拟地址是给CPU用的，物理地址是给硬件用的。驱动里要时刻分清自己在操作哪种地址
- MMU是硬件翻译官，TLB是它的缓存。性能调优时别忘了看TLB miss率
- 页表是映射规则，多级页表节省内存但增加查表开销
下一节，咱们会深入DMA缓冲区分配，到时候这些基础概念全都会用上。准备好了吗？