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高端内存的由来(为什么需要高端内存)

作者:互联网

作者:文松
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来源:知乎
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一、高端内存的由来(为什么需要高端内存)

在32位地址时代,最大可寻址0xFFFFFFFF,即4GB,因此虚拟地址空间有4GB,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,即Linux内核虚拟地址空间只有1G。

32位地址空间

实际的计算机体系结构有硬件的限制,这约束了页框的使用方式,其中,Linux内核必须处理x86体系结构的两种硬件约束:

为了应对这种限制,对于x86机器,Linux内核将内存区域又被分为了3个管理区(zone)。

 

 区域
ZONE_DMA低于16MB的内存空间
ZONE_NORMAL16MB~895MB
ZONE_HIGHMEM896MB~物理内存结束

 

在内核或应用程序访问内存时,所操作的内存地址都为虚拟地址,而对应到真正的物理内存地址,需要地址一对一的映射。对于应用程序,虚拟地址到物理地址的转换需要MMU,而对于内核前两个管理区的内存空间被直接映射到虚拟地址空间中。

对于内核,直接映射时虚拟地址0xc0000003对应的物理地址为0x00000003,0xc0000004对应的物理地址为0x00000004。虚拟地址与物理地址有如下的对应关系:

物理地址 = 虚拟地址 – 0xC0000000

在Linux内核中,有虚拟地址向物理地址转换的宏:

__virt_to_phys

也是直接通过上面的对应关系计算而来~

如果按照上面所说的采用直接映射的方式,将内核1G的地址空间全部直接映射,就会发现内核只能访问1GB的物理内存,但是实际上我们的物理内存,往往是8G、16G,甚至更高,那么其他空间内核将无法访问和管控。所以必须要有一种灵活的方式,既减少开销,同时又让内核能够访问全部的物理内存,Linux高端内存十分必要。

Linux 规定“内核直接映射空间” 最多映射 896M 物理内存~

高端内存就是帮助我们访问除了直接映射的896MB物理内存之外的其他内存空间。

二、实现方式

内核是如何借助128MB高端内存地址空间是如何实现访问可以所有物理内存呢?

在《深入理解LINUX内核》中介绍了,内核可以采用三种不同的机制将页框映射到高端内存,分别叫做:

  1. 永久内存映射
  2. 临时内存映射
  3. 非连续内存分配

当内核想访问高于896MB物理地址内存时,从0xF8000000 ~ 0xFFFFFFFF地址空间范围内找一段相应大小空闲的虚拟地址空间,借用一会。

借用这段虚拟地址空间,建立映射到想访问的那段物理内存(即填充内核PTE页面表),临时用一会,用完后归还。这样别人也可以借用这段地址空间访问其他物理内存,实现了使用有限的地址空间,访问所有所有物理内存。

 

标签:为什么,高端,映射,虚拟地址,物理地址,内核,空间,内存
来源: https://blog.csdn.net/XiaoSuanBei/article/details/117779711