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1. Linux內(nèi)核地址空間劃分 通常32位Linux內(nèi)核地址空間劃分0~3G為用戶(hù)空間,，3~4G為內(nèi)核空間。注意這里是32位內(nèi)核地址空間劃分,，64位內(nèi)核地址空間劃分是不同的,。 
2. Linux內(nèi)核高端內(nèi)存 a) 由來(lái) 當(dāng)內(nèi)核模塊代碼或線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存時(shí)，代碼中的內(nèi)存地址都為邏輯地址,，而對(duì)應(yīng)到真正的物理內(nèi)存地址,，需要地址一對(duì)一的映射，如邏輯地址0xc0000003對(duì)應(yīng)的物理地址為0×3,，0xc0000004對(duì)應(yīng)的物理地址為0×4,，… …，邏輯地址與物理地址對(duì)應(yīng)的關(guān)系為 物理地址 = 邏輯地址 –0xC0000000
邏輯地址 | 物理內(nèi)存地址 | 0xc0000000 | 0x0 | 0xc0000001 | 0x1 | 0xc0000002 | 0x2 | 0xc0000003 | 0x3 | … | … | 0xe0000000 | 0x20000000 | … | … | 0xffffffff | 0x40000000?? |
假設(shè)按照上述簡(jiǎn)單的地址映射關(guān)系,，那么內(nèi)核邏輯地址空間訪(fǎng)問(wèn)為0xc0000000 - 0xffffffff,，那么對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)存范圍就為0×0 ~0×40000000,，即只能訪(fǎng)問(wèn)1G物理內(nèi)存。若機(jī)器中安裝8G物理內(nèi)存,，那么內(nèi)核就只能訪(fǎng)問(wèn)前1G物理內(nèi)存,，后面7G物理內(nèi)存將會(huì)無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)，因?yàn)閮?nèi)核的地址空間已經(jīng)全部映射到物理內(nèi)存地址范圍0x0 – 0x40000000,。 顯然不能將內(nèi)核地址空間0xc0000000 ~ 0xfffffff全部用來(lái)簡(jiǎn)單的地址映射,。因此x86架構(gòu)中將內(nèi)核地址空間劃分三部分：ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和 ZONE_HIGHMEM,。ZONE_HIGHMEM即為高端內(nèi)存,，這就是內(nèi)存高端內(nèi)存概念的由來(lái)。 在x86結(jié)構(gòu)中,，三種類(lèi)型的區(qū)域如下： ZONE_DMA 內(nèi)存開(kāi)始的16MB ZONE_NORMAL 16MB~896MB ZONE_HIGHMEM 896MB ~ 結(jié)束
用戶(hù)地址空間沒(méi)有高端內(nèi)存的概念,！就是直接通過(guò)段頁(yè)映射訪(fǎng)問(wèn)物理內(nèi)存！
b) 理解 前 面我們解釋了高端內(nèi)存的由來(lái),。 Linux將內(nèi)核地址空間劃分為三部分ZONE_DMA,、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM，高端內(nèi)存HIGH_MEM地址空間范圍為 0xF8000000 - 0xFFFFFFFF（896MB-1024MB）,。那么如內(nèi)核是如何借助128MB高端內(nèi)存地址空間是如何實(shí)現(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)可以所有物理內(nèi)存,？ 當(dāng)內(nèi)核想訪(fǎng)問(wèn)高于896MB物理地址內(nèi)存時(shí)，從0xF8000000 ~ 0xFFFFFFFF地址空間范圍內(nèi)找一段相應(yīng)大小空閑的邏輯地址空間,，借用一會(huì),。借用這段邏輯地址空間，建立映射到想訪(fǎng)問(wèn)的那段物理內(nèi)存（即填充內(nèi)核PTE頁(yè)面表）,，臨時(shí)用一會(huì),，用完后歸還。這樣別人也可以借用這段地址空間訪(fǎng)問(wèn)其他物理內(nèi)存,，實(shí)現(xiàn)了使用有限的地址空間,，訪(fǎng)問(wèn)所有所有物理內(nèi)存。如下圖,。 
例 如內(nèi)核想訪(fǎng)問(wèn)2G開(kāi)始的一段大小為1MB的物理內(nèi)存,，即物理地址范圍為0x80000000 - 0x800FFFFF,。訪(fǎng)問(wèn)之前先找到一段1MB大小的空閑地址空間,，假設(shè)找到的空閑地址空間為0xF8700000 -0xF87FFFFF，用這1MB的邏輯地址空間映射到物理地址空間0x80000000 - 0x800FFFFF的內(nèi)存,。映射關(guān)系如下：
邏輯地址 | 物理內(nèi)存地址 | 0xF8700000 | 0x80000000 | 0xF8700001 | 0x80000001 | 0xF8700002 | 0x80000002 | … | … | 0xF87FFFFF | 0x800FFFFF |
當(dāng)內(nèi)核訪(fǎng)問(wèn)完0×80000000~ 0x800FFFFF物理內(nèi)存后,，就將0xF8700000 - 0xF87FFFFF內(nèi)核線(xiàn)性空間釋放。這樣其他進(jìn)程或代碼也可以使用0xF8700000 - 0xF87FFFFF這段地址訪(fǎng)問(wèn)其他物理內(nèi)存,。 從上面的描述,，我們可以知道高端內(nèi)存的最基本思想：借一段地址空間,，建立臨時(shí)地址映射，用完后釋放,，達(dá)到這段地址空間可以循環(huán)使用,，訪(fǎng)問(wèn)所有物理內(nèi)存。 看到這里,，不禁有人會(huì)問(wèn)：萬(wàn)一有內(nèi)核進(jìn)程或模塊一直占用某段邏輯地址空間不釋放,，怎么辦？若真的出現(xiàn)的這種情況,，則內(nèi)核的高端內(nèi)存地址空間越來(lái)越緊張,，若都被占用不釋放，則沒(méi)有建立映射到物理內(nèi)存都無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)了,。
c) 劃分 內(nèi)核將高端內(nèi)存劃分為3部分：VMALLOC_START~VMALLOC_END,、KMAP_BASE~FIXADDR_START和FIXADDR_START~4G。 
對(duì) 于高端內(nèi)存,，可以通過(guò) alloc_page() 或者其它函數(shù)獲得對(duì)應(yīng)的 page,，但是要想訪(fǎng)問(wèn)實(shí)際物理內(nèi)存，還得把 page 轉(zhuǎn)為線(xiàn)性地址才行（為什么,？想想 MMU 是如何訪(fǎng)問(wèn)物理內(nèi)存的）,，也就是說(shuō)，我們需要為高端內(nèi)存對(duì)應(yīng)的 page 找一個(gè)線(xiàn)性空間,，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為高端內(nèi)存映射,。
對(duì)應(yīng)高端內(nèi)存的3部分，高端內(nèi)存映射有三種方式：
映射到”內(nèi)核動(dòng)態(tài)映射空間”（noncontiguousmemory allocation）
這種方式很簡(jiǎn)單,，因?yàn)橥ㄟ^(guò) vmalloc() ,，在”內(nèi)核動(dòng)態(tài)映射空間”申請(qǐng)內(nèi)存的時(shí)候，就可能從高端內(nèi)存獲得頁(yè)面（參看 vmalloc 的實(shí)現(xiàn)）,，因此說(shuō)高端內(nèi)存有可能映射到”內(nèi)核動(dòng)態(tài)映射空間”中,。 持久內(nèi)核映射（permanent kernel mapping）
如果是通過(guò) alloc_page() 獲得了高端內(nèi)存對(duì)應(yīng)的 page，如何給它找個(gè)線(xiàn)性空間,？
內(nèi)核專(zhuān)門(mén)為此留出一塊線(xiàn)性空間,，從 PKMAP_BASE 到FIXADDR_START ，用于映射高端內(nèi)存,。在 2.6內(nèi)核上,，這個(gè)地址范圍是 4G-8M 到 4G-4M 之間。這個(gè)空間起叫”內(nèi)核永久映射空間”或者”永久內(nèi)核映射空間”,。這個(gè)空間和其它空間使用同樣的頁(yè)目錄表,，對(duì)于內(nèi)核來(lái)說(shuō)，就是swapper_pg_dir，對(duì)普通進(jìn)程來(lái)說(shuō),，通過(guò) CR3 寄存器指向,。通常情況下，這個(gè)空間是 4M 大小,，因此僅僅需要一個(gè)頁(yè)表即可,，內(nèi)核通過(guò)來(lái) pkmap_page_table 尋找這個(gè)頁(yè)表。通過(guò) kmap(),，可以把一個(gè) page 映射到這個(gè)空間來(lái),。由于這個(gè)空間是 4M 大小，最多能同時(shí)映射 1024 個(gè) page,。因此,，對(duì)于不使用的的 page，及應(yīng)該時(shí)從這個(gè)空間釋放掉（也就是解除映射關(guān)系）,，通過(guò) kunmap() ,，可以把一個(gè) page 對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性地址從這個(gè)空間釋放出來(lái)。 臨時(shí)映射（temporary kernel mapping）
內(nèi)核在 FIXADDR_START 到 FIXADDR_TOP 之間保留了一些線(xiàn)性空間用于特殊需求,。這個(gè)空間稱(chēng)為”固定映射空間”在這個(gè)空間中,，有一部分用于高端內(nèi)存的臨時(shí)映射。 這塊空間具有如下特點(diǎn)：
（1）每個(gè) CPU 占用一塊空間
（2）在每個(gè) CPU 占用的那塊空間中,，又分為多個(gè)小空間,，每個(gè)小空間大小是 1 個(gè) page，每個(gè)小空間用于一個(gè)目的,，這些目的定義在 kmap_types.h 中的 km_type 中,。 當(dāng)要進(jìn)行一次臨時(shí)映射的時(shí)候，需要指定映射的目的,，根據(jù)映射目的,，可以找到對(duì)應(yīng)的小空間，然后把這個(gè)空間的地址作為映射地址,。這意味著一次臨時(shí)映射會(huì)導(dǎo)致以前的映射被覆蓋,。通過(guò)kmap_atomic() 可實(shí)現(xiàn)臨時(shí)映射。
3. 用戶(hù)虛擬地址 用戶(hù)空間程序所能看到的常規(guī)地址,。每個(gè)進(jìn)程都有自己的虛擬地址空間,。
4. 內(nèi)核邏輯地址 內(nèi)核邏輯地址組成了內(nèi)核的常規(guī)地址空間。邏輯地址和與其關(guān)聯(lián)的物理地址的不同,，僅僅是在它們之間存在一個(gè)固定的偏移量,。kmalloc返回的內(nèi)存就是內(nèi)核邏輯地址.
5. 內(nèi)核虛擬地址 內(nèi)核虛擬地址與邏輯地址相同之處在于，它們都將內(nèi)核空間的地址映射到物理地址上,。內(nèi)核虛擬地址與物理地址的映射不必是線(xiàn)性的和一對(duì)一的,。所有的邏輯地址都是內(nèi)核虛擬地址，但許多內(nèi)核虛擬地址不是邏輯地址,。vmalloc分配的內(nèi)存具有虛擬地址,。kmap同樣返回虛擬地址。
6. 關(guān)系圖
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