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Linux内核地址空间分布

在32位系统里,Linux内核地址空间是指0xC0000000开始到0xFFFFFFFF总量为1G的高端内存地址空间,而用户空间是0x00000000至0xBFFFFFFF的3G虚拟存储空间。操作系统和驱动程序运行在内核空间,应用程序运行在用户空间。

内核地址映射有下几种模式

1、直接映射区:内核将内核空间前896M和物理空间的前896M进行直接映射。即对于内核空间前896M内存有:Vaddr= 0xC0000000 + Paddr。高端内存是指896M开始到1G的虚拟地址空间。引入高端内存映射这样一个概念的主要原因就是我们所安装的内存大于1G时,内核的1G线性地址空间无法建立一个完全的直接映射来触及整个物理内存空间,而对于80x86开启PAE的情况下,允许的最大物理内存可达到64G,因此内核将自己的最后128M的线性地址空间腾出来,用以完成对高端内存的暂时性映射。而在64位的系统上就不存在这样的问题了,因为可用的线性地址空间远大于可安装的内存。

2、动态内存映射区:该区域由内核函数vmalloc来分配,特点是:线性空间连续,但是对应的物理空间不一定连续。vmalloc分配的线性地址所对应的物理页可能处于低端内存,也可能处于高端内存。

3、永久内存映射区:内核专门为此留出一块线性空间,从 PKMAP_BASE 到 FIXADDR_START ,用于映射高端内存。在 2.6内核上,这个地址范围是 4G-8M 到 4G-4M 之间,叫做”永久内核映射空间”。这个空间和其它空间使用同样的页目录表,对于内核来说,就是 swapper_pg_dir,对普通进程来说,通过 CR3 寄存器指向。通常情况下,这个空间是 4M 大小,因此仅仅需要一个页表即可,内核通过来 pkmap_page_table 寻找这个页表。通过 kmap(),可以把一个 page 映射到这个空间来。由于这个空间是 4M 大小,最多能同时映射 1024 个 page。因此,对于不使用的的 page,及应该时从这个空间释放掉(也就是解除映射关系),通过 kunmap() ,可以把一个 page 对应的线性地址从这个空间释放出来。

4、固定内存映射区:内核在FIXADDR_START 到 FIXADDR_TOP 之间保留了一些线性空间用于特殊需求。这个空间称为”固定映射空间”在这个空间中,有一部分用于高端内存的临时映射。这块空间具有如下特点:

(1)每个CPU 占用一块空间

(2)在每个CPU 占用的那块空间中,又分为多个小空间,每个小空间大小是1 个 page,每个小空间用于一个目的,这些目的定义在kmap_types.h 中的km_type 中。

当要进行一次临时映射的时候,需要指定映射的目的,根据映射目的,可以找到对应的小空间,然后把这个空间的地址作为映射地址。这意味着一次临时映射会导致以前的映射被覆盖。通过kmap_atomic() 可实现临时映射。