LWN: 内核 high mem 淘汰时间表！

内核高内存淘汰时间表

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作者： Jonathan Corbet
 2025年12月23日 

Gemini 辅助翻译
https://lwn.net/Articles/1051010/

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Linux Plumbers Conference (LPC)

Arnd Bergmann 在他的 2025 年 Linux Plumbers Conference 关于 Linux 内核中 32 位支持未来发展的会议上表示，这次会议是他 9 月份就同一主题所做演讲 的后续。然而，这次的重点是内核的“高内存”（high memory）抽象，以及何时可以将其移除。尽管对于某些功能，包括在这些系统上支持大量内存的功能，可能会更快地移除，但内核社区似乎还需要在一段时间内继续支持 32 位系统。 

高内存问题

他首先指出，高内存（high memory）是为了支持安装了超过 768MB 物理内存的 32 位系统，并在默认内核配置下启用；它最多可支持 16GB 的物理内存。然而，高内存抽象是一个维护负担，并且“需要被淘汰”。感兴趣的读者可以在 这篇文章 中了解更多关于高内存、为何需要它以及其工作原理的信息。 

一个 32 位系统拥有 4GB 的虚拟地址空间（物理地址空间更大），它在用户空间和内核空间之间进行划分。有各种内核配置选项可以改变这种划分方式；最常见的配置是 VMSPLIT_3G，它将地址空间的底部 3GB 分配给用户空间，同时为内核保留 1GB。问题在于，内核的“线性映射”（linear map）（或“直接映射”，direct map），它映射了所有物理内存，必须能够容纳在内核的地址空间部分中；对于 VMSPLIT_3G，这将内核直接映射的物理内存限制在 768MB。超出此范围的任何内存都作为高内存进行管理，它必须在每次使用前显式映射（并在使用后解除映射）。 

虽然存在增加内核空间大小从而增加线性映射大小的配置选项，但它们以减少应用程序可用地址空间为代价。例如，VMSPLIT_2G 选项在不使用高内存的情况下支持高达近 2GB 的物理内存，但将虚拟地址空间限制为 2GB。 

Bergmann 说，有很多理由希望摆脱高内存。嵌入式开发人员不喜欢它，因为它在更新时往往是回归的来源，并使代码复杂化。虽然 32 位 CPU 仍用于嵌入式应用程序，但它们通常不安装大量内存，因此高内存在那方面并不是特别有用。内存管理维护人员出于同样的原因不喜欢高内存；他们也希望在高内存消失之前，没有人会开始认为 64 位高内存（64-bit high memory）可能是一个好主意。 

当然，也有理由保留高内存。移除它会增加暴露驱动程序 bug 的可能性，并可能强制更改用户空间（user-space）代码。任何安装了超过 2GB 内存的 32 位系统，如果没有高内存抽象，实际上无法使用这些内存。即使是较小量的内存，如果不支持，也会如上所述，通过减小用户空间地址空间的大小来实现，这会破坏使用大量虚拟内存的应用程序。如果从内核中移除高内存，那么支持超过 4GB 内存的 32 位系统将毫无希望；即使是 2GB 系统也会遭受显著限制。相反，对于安装了不足 1GB 内存的系统，则完全没有影响。 

目前仍在生产 32 位系统，但几乎所有这些系统的安装内存都在 1GB 或更少。他说，在新系统中使用 32 位 CPU 的唯一原因是极度的成本敏感性，因此不太可能有预算用于更大的内存量。因此，任何超过 1GB 的系统几乎肯定是旧系统。1GB 系统相对容易支持，只是其中一些具有非连续内存（discontiguous memory），这使得它们无法映射到内核的线性映射中。有变通方法，但其中一些可能需要更改用户空间。 

他说，2GB 的情况越来越少见，但人们仍然拥有这些系统，因此对它们的支持可能需要像对 1GB 系统一样长时间维护。2GB VMSPLIT 选项可能对某些人有效，但它会导致 1.75GB 的虚拟地址空间，这对于运行 Firefox 来说太小了。David Hildenbrand 问“支持”是否意味着新内核必须在这些系统上工作；答案是“是的”，至少对于用户仍希望能够更新的系统而言。 

此外，还有超过 2GB 内存的系统。这可能是旧的 (2007 年以前的) x86 笔记本电脑或 2012 年或 2013 年的 Arm Chromebook。显然，机载娱乐系统、火警系统和数字标牌也属于此类。他说，这些系统的电路板成本只占总成本的一小部分，所以制造商会安装更多内存。Jason Gunthorpe 问人们是否真的会将这些系统升级到当前内核；Bergmann 说他们确实会，Gunthorpe 回应说他听到这个消息很震惊。 

有许多已知的 32 位系统内存超过 4GB；Bergmann 说它们都是“死系统”。其中包括 Amazon Annapurna Alpine 盒子、Calxeda Midway 系统、HiSilicon HiP04 系统等。显然，还有一些 SPARC 系统内存高达 2GB，仍在获得更新。 

提议

那么，高内存问题该如何解决呢？Bergmann 表示，他曾对 VMSPLIT_4G 选项抱有很大希望，该选项将内核和用户空间完全分离，为两者各提供完整的 4GB。这将允许在不使用高内存的情况下支持高达近 4GB 物理内存的系统，并解决许多问题，但此选项从未被推到实际可用的程度，现在也没有人为此工作提供资金。因此，他说，此选项可能永远不会实现，但它也可能不会是必需的。 

可能需要的是一个名为“densemem”的选项，它使用一些映射技巧来弥补物理地址空间中的漏洞。无论如何，densemem 都需要 取代 SPARSEMEM 模型，并且它可以在不使用高内存的情况下支持高达 2GB 的系统。然而，此选项会减少用户空间可用的地址空间。它也尚未工作；Bergmann 正在寻找希望帮助完成它的开发人员。 

另一个可能发生的事情是“精简功能高内存”（reduced-feature high memory），即高内存支持将一次从一个子系统（subsystem）中移除。这将降低系统的复杂性，并且还将减少最终移除高内存的影响。因此，例如，对页表（page tables）、DMA 缓冲区（DMA buffers）、文件系统元数据（filesystem metadata）等在高内存中的支持可能会被移除。其他用户，例如文件支持的内存映射（file-backed memory mappings）和匿名内存映射（anonymous memory mappings），目前仍需要继续使用高内存。 

多年前，低内存（low memory）是一种相对稀缺的资源，因此建议开发人员尽可能提供 __GFP_HIGHMEM 标志（表明请求可以从高内存满足）。Bergmann 建议改变这一策略，以便内存分配仅在真正需要高内存时才包含 __GFP_HIGHMEM。他说，也许可以开始逐步淘汰 32 位桌面使用场景，尽管他承认此举可能存在争议。Gunthorpe 希望确认是否不再生产此类桌面电脑；Bergmann 说确实如此。32 位桌面系统的用户是爱好者和积极寻找旧硬件的人。Dave Hansen 将这些用户描述为“一小部分有发言权的人”，并建议他们最好支持一个计算机历史博物馆。 

Bergmann 说，最终，高内存可以放在 CONFIG_EXPERT 配置选项后面，使其对许多用户不可用。 

Hildenbrand 询问所提出的部分移除对维护的影响；Bergmann 表示影响很小，但这将有助于后续的移除阶段。Gunthorpe 担心暴露驱动程序 bug 的可能性，以及从驱动程序中移除高内存支持可能不值得麻烦。他建议针对高内存造成大量复杂性的领域。Matthew Wilcox 说移除可能会破坏必须映射大型 folios 的内核代码；Bergmann 建议使大型 folio 支持与高内存不兼容。Hansen 说 __GFP_HIGHMEM 标志可以简单地从大型 folio 分配中移除，但 Bergmann 说那会破坏页缓存（page cache）。Gunthorpe 说，当高内存支持被移除时，需要它来缓存页的系统将无法再工作。 

Bergmann 继续说道，建议可以为每个高内存用户创建一个单独的配置选项。这将允许创建每个用法的统计数据。他说，页缓存的高内存支持至少需要保留五年以上。 

时间表

他总结了 32 位支持的未来时间表；看起来如下： 

• 高内存功能集缩减将于 2026 年开始。 

• 同样在 2026 年，VMSPLIT_2G_OPT 配置将成为 Arm、PowerPC 和 x86 系统的默认配置。 

• 2027 年，高内存支持可能会完全从 Arc、Microblaze、MIPS、SPARC 和 xtensa 等较少使用的架构中移除。 

• 顺利的话，2027 年也将看到 Armv7 系统增加 densemem 支持。 

• 203x 年，高内存中的页缓存支持将消失。 

• 204x 年，对最后几个 32 位架构的支持将被移除。 

Hansen 回应说，许多移除可以更快地完成。他还建议了一个配置选项，只使用低内存（low memory），即使在支持高内存的系统上，直到内存不足（out-of-memory）情况迫使也使用高内存。Will Deacon 说，VMSPLIT_4G 可能仍有希望，随着高内存支持的移除，它可能会变得更具吸引力。他问如果有人完成这项工作是否有用；Bergmann 回答说会有用，但这项工作是否会完成尚不清楚。 

会议结束后，Bergmann 发布了 一系列补丁，实现了他 2026 年时间表中的部分项目。 

本次演讲的 幻灯片 和 视频 可供查阅。 

[感谢 Linux 基金会，LWN 的差旅赞助商，支持我参加此次活动。] 

  全文完
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