1、pgd_addr_end

根据当前虚拟地址 addr 和目标结束地址 end，计算当前 PGD 项能够覆盖的最大虚拟地址范围的结束地址 next。

如果 addr 和 end 跨越多个 PGD 项（即 end 超出当前 PGD 项的地址范围），则返回当前 PGD 项的地址边界。
如果 end 在当前 PGD 项的地址范围内，则返回 end。
在建立页表映射时，内核需要逐个处理每个 PGD 项对应的地址范围。通过 pgd_addr_end，可以确定当前 PGD 项需要处理的地址范围 [addr, next)，并更新 addr 为 next，以便处理下一个 PGD 项。

页表建立参考

do {next = pgd_addr_end(addr, end); // 计算当前 PGD 项的地址范围alloc_init_pud(pgd, addr, next, phys, prot, alloc); // 初始化 PUD 页表phys += next - addr; // 更新物理地址偏移
} while (pgd++, addr = next, addr != end);

流程解释：
- 循环处理每个 PGD 项：通过 do-while 循环，逐个处理 PGD 项。
- 计算当前 PGD 项的地址范围：通过 pgd_addr_end 确定当前 PGD 项的地址范围 [addr, next)。
- 初始化下级页表：调用 alloc_init_pud 为当前 PGD 项分配并初始化 PUD 页表。
- 更新物理地址偏移：根据当前处理的地址范围大小（next - addr）调整物理地址 phys。
- 移动到下一个 PGD 项：更新 addr 为 next，并继续处理下一个 PGD 项，直到 addr == end。

2、pgd_offset_k

pgd_offset_k(addr) 是 Linux 内核中用于 获取内核页全局目录（PGD）中对应虚拟地址 addr 的页表项地址 的宏。它是内核页表操作的核心宏之一，主要用于内核虚拟地址空间的映射初始化（如 early_fixmap_init）和页表建立（如 create_mapping）等场景。

1. 宏的定义与展开

#define pgd_offset_k(addr) pgd_offset(&init_mm, addr)

init_mm：内核的全局内存描述符（mm_struct），表示内核的地址空间（与进程的 mm 分离）。
pgd_offset(mm, addr)：根据 mm 的 PGD 基地址和 addr 计算对应的 PGD 项地址。

进一步展开：

#define pgd_offset(mm, addr) ((mm)->pgd + pgd_index(addr))

(mm)->pgd：内核 PGD 的基地址（init_mm.pgd）。
pgd_index(addr)：从 addr 中提取 PGD 项的索引。

2. `pgd_index(addr)` 的计算

#define pgd_index(addr) (((addr) >> PGDIR_SHIFT) & (PTRS_PER_PGD - 1))

PGDIR_SHIFT：定义 PGD 项的位移量，决定 PGD 项覆盖的地址范围。例如：
- 对于 ARM64（4 级页表），PGDIR_SHIFT = 39，每个 PGD 项覆盖 2^(48-39) = 512GB 地址空间。
PTRS_PER_PGD：PGD 项的数量（通常为 1 << (PGDIR_SHIFT - VA_BITS_SHIFT)，例如 512 项）。
作用：通过右移 addr 并掩码，提取 PGD 项的索引。

3. 典型使用场景

3.1 早期内核映射初始化（`early_fixmap_init`）

在内核启动阶段，early_fixmap_init 函数会使用 pgd_offset_k 初始化固定映射区域（fixmap）的页表：

pgd_t *pgd = pgd_offset_k(FIXADDR_START);
__pgd_populate(pgd, __pa_symbol(bm_pud), PUD_TYPE_TABLE);

作用：将 bm_pud（预分配的 PUD 页表）的物理地址写入 PGD 项中，建立从 FIXADDR_START 到 bm_pud 的映射。
后续步骤：通过 pud_offset、pmd_offset、pte_offset 逐级填充页表。

3.2 通用页表建立（`create_mapping`）

在内核中，create_mapping 函数会通过 pgd_offset_k 遍历虚拟地址范围并建立页表：

pgd_t *pgd = pgd_offset_k(virt_addr);
do {next = pgd_addr_end(addr, end);alloc_init_pud(pgd, addr, next, phys, prot);phys += next - addr;addr = next;
} while (pgd++, addr != end);

作用：逐个处理每个 PGD 项的地址范围，初始化下级页表（PUD → PMD → PTE）。

4. ARM64 架构示例

假设：

addr = 0xffff7ffffabfe000（FIXADDR_START）
init_mm.pgd = 0xffff800000ef0000
PGDIR_SHIFT = 39，PTRS_PER_PGD = 512

4.1 计算 `pgd_index(addr)`

pgd_index(addr) = (0xffff7ffffabfe000 >> 39) & 0x1ff = 0xff

解释：addr 的高 9 位（0x1ff）即为 PGD 项的索引。

4.2 计算 `pgd_offset_k(addr)`

pgd_offset_k(addr) = init_mm.pgd + 0xff * sizeof(pgd_t)

ARM64 中 pgd_t 占 8 字节，因此：

pgd_offset_k(addr) = 0xffff800000ef0000 + 0xff * 8 = 0xffff800000ef07f8

结果：这是 addr 在内核 PGD 中对应项的虚拟地址。

5. 关键点总结

目的：
- 快速定位内核虚拟地址 addr 在 PGD 中的项地址。
- 为后续页表建立（如 PUD、PMD、PTE）提供起点。
层级关系：
- pgd_offset_k 属于页表操作宏的第一级（PGD），后续通过 pud_offset、pmd_offset、pte_offset 逐级展开。
架构依赖：
- PGDIR_SHIFT 和 PTRS_PER_PGD 的定义依赖于架构（如 ARM64、x86）和页表层级（4 级或 2 级）。
应用场景：
- 早期内核映射（fixmap、ioremap）。
- 动态内存映射（vmalloc、ioremap）。
- 设备树（DTB）的加载（通过 fixmap 映射物理地址）。

6. 常见问题

Q1：为什么 `pgd_offset_k` 使用 `init_mm`？

原因：内核地址空间是全局的，所有进程共享同一个内核 PGD（init_mm.pgd）。通过 init_mm 可直接访问内核页表。

Q2：如何验证 `pgd_offset_k` 的正确性？

调试方法：在 early_fixmap_init 中打印 pgd_offset_k(addr) 的值，并检查其是否对应预期的 PGD 项地址（如通过 pr_err 输出）。

Q3：ARM64 中为何需要乘以 8？

原因：ARM64 的每个 PGD 项占用 8 字节（64 位），因此索引 0xff 对应的偏移量为 0xff * 8 = 0x7f8。

7. 扩展：页表层级划分（以 ARM64 为例）

层级	宏	地址位移	页表项大小	映射范围
PGD	`pgd_index(addr)`	`>> 39`	8 字节	512GB
PUD	`pud_index(addr)`	`>> 30`	8 字节	1GB
PMD	`pmd_index(addr)`	`>> 21`	8 字节	2MB
PTE	`pte_index(addr)`	`>> 12`	8 字节	4KB