Linux 3.x 内核学习笔记——x86 64位内存管理

地址映射

64位地址采用4层地址映射，如下图：

pgd、pud、pmd、pte各占了9位，加上12位的页内index，共用了48位。即可管理的地址空间为2^48=256T。而在32位地址模式时，该值仅为2^32=4G。

另外64位地址时支持的物理内存最大为64T，见e820.c中MAX_ARCH_PFN的定义：

# define MAX_ARCH_PFN MAXMEM>>PAGE_SHIFT

其中MAXMEM为2^46，PAGE_SHIFT为12。

而在32位地址时最大支持的物理内存为64G（开启PAE选项）。

 

地址空间

32位与64位具体地址分布如下图：

 

64位地址时将0x0000,0000,0000,0000 – 0x0000,7fff,ffff,f000这128T地址用于用户空间。参见定义：

#define TASK_SIZE_MAX   ((1UL << 47) - PAGE_SIZE)，注意这里还减去了一个页面的大小做为保护。

而0xffff,8000,0000,0000以上为系统空间地址。注意：该地址前4个都是f，这是因为目前实际上只用了64位地址中的48位（高16位是没有用的），而从地址0x0000,7fff,ffff,ffff到0xffff,8000,0000,0000中间是一个巨大的空洞，是为以后的扩展预留的。

而真正的系统空间的起始地址，是从0xffff,8800,0000,0000开始的，参见：

#define __PAGE_OFFSET     _AC(0xffff,8800,0000,0000, UL)

而32位地址时系统空间的起始地址为0xC000,0000。

另外0xffff,8800,0000,0000 – 0xffff,c7ff,ffff,ffff这64T直接和物理内存进行映射，0xffff,c900,0000,0000 – 0xffff,e8ff,ffff,ffff这32T用于vmalloc/ioremap的地址空间。

而32位地址空间时，当物理内存大于896M时（Linux2.4内核是896M，3.x内核是884M，是个经验值），由于地址空间的限制，内核只会将0~896M的地址进行映射，而896M以上的空间用做一些固定映射和vmalloc/ioremap。而64位地址时是将所有物理内存都进行映射。

另外注意：在文档Documentation\x86_64\mm.txt中对系统空间中地址的描述，都比实际的（代码中的）少了0x700,0000,0000的偏移量，应该是代码修改时没有同步修改文档L，我用的是Linux-3.11.0内核。