深度分析linux内核高端内存分析

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1、Linux内核高端内存1.Linux内核地址映射模型x86CPU采用了段页式地址映射模型。进程代码中的地址为逻辑地址，经过段页式地址映射活，才真正访问物理内存。段页式机制如下图LogicalAddress(orFarPointer)SegmentSelectorOffsetLinearAddressSegmentationPaging2.Linux内核地址空间划分通常32位Linux内核地址空间划分0〜3G为用户空间，3〜4G为内核空间。注意这里是32位内核地址空间划分，64位内核地址空间划分是不同的。kernelmemory(1GB)OxCOO

2、OOOOOTASK_SI2E=OxCOOOOOOO(Upper-limitofuser-space)usermemory(3GB)PAGE_OFFSET=OxCOOOOOOO(Lowerboundofkernelspace)0x000000003.Linux内核高端内存的由来当内核模块代码或线程访内存吋，代码屮的内存地址都为逻辑地址，而对I、V:到真正的物理内存地址，需耍地址一对一的映射，如逻辑地址0XC0000003对应的物理地址为0x3，0xc0000004对应的物理地址为0x4，，逻辑地址与物理地址对应的关系为物理地址=逻辑地址-OxCOO

3、OOOOO逻辑地址物理内存地址OxCOOOOOOO0x00xc00000010x10xc00000020x20xc00000030x3•譬穆0xe00000000x20000000……Oxffffffff0x40000000??假设按照上述简单的地址映射关系，那么内核逻辑地址空间访问为OxcOOOOOOO〜Oxffffffff,那么对应的物理内存范M就为0x0〜0x40000000,即只能访W1G物理内存。苦机器中安装8G物理内存，那么内核就只能访问前1G物理闪存，物理㈧存将会无法访问，因为闪核的地址空间已经企部映射到物理內存地址范围0x0〜0x

4、40000000。即使安装了8G物理内存，那么物理地址为0x40000001的内存，内核该怎么去访问呢？代码中必须要有內存逻辑地址的，0XC0000000〜Oxffffffff的地址空间已经被用完了，所以无法访问物理地址0x40000000以后的闪存。站然不能将内核地址交间OXCOOOOOOO-Oxfffffff全部川来简申的地址映射，因此X86架构中将内核地址空间划分三部分：ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM，ZONE_HIGHMEM即为高端内存，这就足内存商端内存概念的山来。在x86结构巾，三种类型的区域如下:

5、ZONENORMAL16MB〜896MBZONE_HIGHMEM896MB〜结朿896-MBVirtualaddress-space4.Linux内核高端内存的理解前面我们解释了高端内存的由来。Linux将内核地址空问划分为三部分ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM,高端内存HIGH_MEM地址空间范M为0xF8000000〜OxFFFFFFFF(896MB〜1024MB)。那么如內核足如何借助128MB高端内存地址空间是如何实现访问可以所有物理内存？当内核想访问岛于896MB物理地址闪存时，从0xF8000000~

6、OxFFFFFFFF地址空间范围I人J找一段相应人小中W的逻辑地址中间，借用一会。借用这段逻辑地址空间，建立映射到想访闷的那段物理内存(即填充内核PTE页面表)，临时用一会，用完后归还。这样别人也nj_以借川这段地址空间访问其他物理內存，实现了使川有限的地址空间，访问所有所有物玴内存。如下图。内核髙端内存逻辑地址空间OxF8000000-OxFFFFFFFF0〜896MBDRAM896MB〜内存物理地址空间例如內核想访问2G开始的一段大小为1MB的物理内存，即物理地址范围为0x80000000〜0X800FFFFF。访问之前先找到一段1MB人小的

7、空闲地址空间，假设找到的空闲地址空间为0XF8700000〜0XF87FFFFF,用这1MB的逻辑地址空间映射到物理地址空间0x80000000〜0X800FFFFF的内存。映射关系如下：逻辑地址物理内存地址OXF87000000x800000000XF87000010x800000010XF87000020x80000002……0XF87FFFFF0X800FFFFF当内核访问完0x80000000〜0X800FFFFF物理内存后，就将0xF8700000〜0XF87FFFFF闪核线性空间释放。这样其他进程或代码也可以使用0xF8700000〜

8、0XF87FFFFF这段地址访问其他物理內存。从上面的描述，我们可以知道髙端内存的最基本思想：借一段地址空间，建立临吋地址映射，用完后释