Linux DMA开发指南(一)

  在以往，一个硬件设备要去读写内存，往往需要CPU参与搬运数据，以读内存为例，CPU会先将数据从内存中读取过来之后，再通过总线或寄存器送给设备。这种方式显而易见，不仅占用了大量CPU资源的同时，还会大大降低设备的吞吐量，后来为了缓解这个问题，DMA机制出现了。

  DMA的核心思想是：在数据的传输阶段，设备可以在DMA控制器的协助下直接访问内存，而不再需要CPU去帮忙读数据或者写数据了，CPU要做的就是在传输开始前进行一些配置即可。通过这种方式，大大降低了CPU占用率的同时，还提升了自身设备的吞吐量。

  从表面上来看，cache的引入本身是为了提升CPU读写的性能，DMA的引入也是为了提升设备性能，但是当两者一起使用的时候，可能会事与愿违。想象一下一个场景，现在CPU更新了一组数据，由于cache的存在，CPU会暂时把数据更新在cache中，此时DMA设备屁颠屁颠的去内存中读取数据，发现读到的数据怎么是老的数据，这就出现了缓存不一致的问题。

  那么怎么解决这个问题呢，目前最常见的两种方式，缓存刷新与缓存失效。当CPU刚刚修改完数据并即将由DMA设备读取时，通过缓存刷新能将cache中的脏数据写回内存中，DMA设备就能读到最新的数据。而当DMA设备向内存写了的数据，CPU随后需要去读，则需要通过缓存失效使CPU cache中的旧数据失效，从而让CPU从内存中读取设备刚刚写入的新内容。

  了解了缓存一致性问题和DMA机制后，在实际的 Linux 驱动开发中，开发者该如何正确使用cache和DMA设备并避免这类陷阱？Linux 内核早已意识到这一问题，并提供了一套完整的
DMA 映射（DMA mapping）API，专门用于在启用缓存的系统上安全地进行 DMA 操作。