1. 前言
我們在那些需要和用戶空間交互大量數據的子系統（例如MMC[1]、Video、Audio等）中，經常看到scatterlist的影子。對我們這些“非英語母語”的人來說，初見這個詞匯，腦袋瞬間就蒙圈了。scatter可翻譯成“散開、分散”，list是“列表”的意思，因而scatterlist可翻譯為“散列表”。“散列表”又是什么？太抽象了！
之所以抽象，是因為這個詞省略了主語----物理內存（Physical memory），加上后，就好理解了多了，既：物理內存的散列表。再通俗一些，就是把一些分散的物理內存，以列表的形式組織起來。那么，也許你會問，有什么用處呢？
當然有用，具體可參考本文后續的介紹。
2. scatterlist產生的背景
我沒有去考究scatterlist API是在哪個kernel版本中引入的（年代太久遠了），憑猜測，我覺得應該和MMU有關。因為在引入MMU之后，linux系統中的軟件將不得不面對一個困擾（下文將以圖片1中所示的系統架構為例進行說明）：
假設在一個系統中（參考下面圖片1）有三個模塊可以訪問memory：CPU、DMA控制器和某個外設。CPU通過MMU以虛擬地址（VA）的形式訪問memory；DMA直接以物理地址（PA）的形式訪問memory；Device通過自己的IOMMU以設備地址（DA）的形式訪問memory。
然后，某個“軟件實體”分配並使用了一片存儲空間（參考下面圖片2）。該存儲空間在CPU視角上（虛擬空間）是連續的，起始地址是va1（實際上，它映射到了3塊不連續的物理內存上，我們以pa1,pa2,pa3表示）。
那么，如果該軟件單純的以CPU視角訪問這塊空間（操作va1），則完全沒有問題，因為MMU實現了連續VA到非連續PA的映射。
不過，如果軟件經過一系列操作后，要把該存儲空間交給DMA控制器，最終由DMA控制器將其中的數據搬移給某個外設的時候，由於DMA控制器只能訪問物理地址，只能以“不連續的物理內存塊”為單位遞交（而不是我們所熟悉的虛擬地址）。
此時，scatterlist就誕生了：為了方便，我們需要使用一個數據結構來描述這一個個“不連續的物理內存塊”（起始地址、長度等信息），這個數據結構就是scatterlist（具體可參考下面第3章的說明）。而多個scatterlist組合在一起形成一個表（可以是一個struct scatterlist類型的數組，也可以是kernel幫忙抽象出來的struct sg_table），就可以完整的描述這個虛擬地址了。
最后，從本質上說：scatterlist（數組）是各種不同地址映射空間（PA、VA、DA、等等）的媒介（因為物理地址是真實的、實在的存在，因而可以作為通用語言），借助它，這些映射空間才能相互轉換（例如從VA轉到DA）。
圖片1 cpu_dma_device_memory
圖片2 cpu_view_memory
3. scatterlist API介紹
3.1 struct scatterlist
struct scatterlist用於描述一個在物理地址上連續的內存塊（以page為單位），它的定義位於“include/linux/scatterlist.h”中，如下：
| struct scatterlist { |
page_link，指示該內存塊所在的頁面。bit0和bit1有特殊用途（可參考后面的介紹），因此要求page最低4字節對齊。
offset，指示該內存塊在頁面中的偏移（起始位置）。
length，該內存塊的長度。dma_address，該內存塊實際的起始地址（PA，相比page更接近我們人類的語言）。
dma_length，相應的長度信息。
3.2 struct sg_table
在實際的應用場景中，單個的scatterlist是沒有多少意義的，我們需要多個scatterlist組成一個數組，以表示在物理上不連續的虛擬地址空間。通常情況下，使用scatterlist功能的模塊，會自行維護這個數組（指針和長度），例如[2]中所提到的struct mmc_data：
| struct mmc_data { … unsigned int sg_len; /* size of scatter list */ |
不過呢，為了使用者可以偷懶，kernel抽象出來了一個簡單的數據結構：struct sg_table，幫忙保存scatterlist的數組指針和長度：
| struct sg_table { |
其中sgl是內存塊數組的首地址，orig_nents是內存塊數組的size，nents是有效的內存塊個數（可能會小於orig_nents）。
以上心思都比較直接，不過有一點，我們要仔細理解：
scatterlist數組中到底有多少有效內存塊呢？這不是一個很直觀的事情，主要有如下2個規則決定：
1）如果scatterlist數組中某個scatterlist的page_link的bit0為1，表示該scatterlist不是一個有效的內存塊，而是一個chain（鉸鏈），指向另一個scatterlist數組。通過這種機制，可以將不同的scatterlist數組鏈在一起，因為scatterlist也稱作chain scatterlist。
2）如果scatterlist數組中某個scatterlist的page_link的bit1為1，表示該scatterlist是scatterlist數組中最后一個有效內存塊（后面的就忽略不計了）。
3.3 API介紹
理解了scatterlist的含義之后，再去看“include/linux/scatterlist.h”中的API，就容易多了，例如（簡單介紹一下，不再詳細分析）：
| #define sg_dma_address(sg) ((sg)->dma_address) #ifdef CONFIG_NEED_SG_DMA_LENGTH |
sg_dma_address、sg_dma_len，獲取某一個scatterlist的物理地址和長度。
| #define sg_is_chain(sg) ((sg)->page_link & 0x01) |
sg_is_chain可用來判斷某個scatterlist是否為一個chain，sg_is_last可用來判斷某個scatterlist是否是sg_table中最后一個scatterlist。
sg_chain_ptr可獲取chain scatterlist指向的那個scatterlist。
| static inline void sg_assign_page(struct scatterlist *sg, struct page *page) static inline void sg_set_page(struct scatterlist *sg, struct page *page, unsigned int len, unsigned int offset) static inline struct page *sg_page(struct scatterlist *sg) static inline void sg_set_buf(struct scatterlist *sg, const void *buf, unsigned int buflen) #define for_each_sg(sglist, sg, nr, __i) \ for (__i = 0, sg = (sglist); __i < (nr); __i++, sg = sg_next(sg)) static inline void sg_chain(struct scatterlist *prv, unsigned int prv_nents, struct scatterlist *sgl) static inline void sg_mark_end(struct scatterlist *sg) static inline void sg_unmark_end(struct scatterlist *sg) static inline dma_addr_t sg_phys(struct scatterlist *sg) static inline void *sg_virt(struct scatterlist *sg) |
sg_assign_page，將page賦給指定的scatterlist（設置page_link字段）。
sg_set_page，將page中指定offset、指定長度的內存賦給指定的scatterlist（設置page_link、offset、len字段）。
sg_page，獲取scatterlist所對應的page指針。
sg_set_buf，將指定長度的buffer賦給scatterlist（從虛擬地址中獲得page指針、在page中的offset之后，再調用sg_set_page）。for_each_sg，遍歷一個scatterlist數組（sglist）中所有的有效scatterlist（考慮sg_is_chain和sg_is_last的情況）。
sg_chain，將兩個scatterlist 數組捆綁在一起。
sg_mark_end、sg_unmark_end，將某個scatterlist 標記（或者不標記）為the last one。
sg_phys、sg_virt，獲取某個scatterlist的物理或者虛擬地址。
等等（不再羅列了，感興趣的同學直接去看代碼就行了）。