linux的物理内存与线性地址空间布局--2

 

Linux 2.6.10内核中的ARM处理器平台部分没有对高端内存的支持，图18-6和图18-7分别列出了SA1100和IXP4XX处理器平台的Linux线性地址空间布局。

 Linux内存线性地址空间大小为4GB，分为2个部分：用户空间部分（通常是3G）和内核空间部分（通常是1G）。在此我们主要关注内核地址空间部分。

   

内核通过内核页全局目录来管理所有的物理内存，由于线形地址前3G空间为用户使用，内核页全局目录前768项（刚好3G）除0、1两项外全部为0，后256项（1G）用来管理所有的物理内存。内核页全局目录在编译时静态地定义为swapper_pg_dir数组，该数组从物理内存地址0x101000处开始存放。

由图可见，
(1) 内核线形地址空间部分从PAGE_OFFSET（通常定义为3G）开始，为了将内核装入内存，从PAGE_OFFSET开始8M线形地址用来映射内核所在的物理内存地址；
(2)接下来是mem_map数组，mem_map的起始线形地址与体系结构相关，比如对于UMA结构，由于从PAGE_SIZE开始16M线形地址空间对应的16M物理地址空间是DMA区，mem_map数组通常开始于PAGE_SIZE+16M的线形地址；
(3)从PAGE_SIZE开始到VMALLOC_START – VMALLOC_OFFSET的线形地址空间直接映射到物理内存空间（一一对应影射，物理地址=线形地址-PAGE_OFFSET），这段区域的大小和机器实际拥有的物理内存大小有关，这儿VMALLOC_OFFSET在x86上为8M，主要用来防止越界错误；
(4)在内存比较小的系统上，余下的线形地址空间（还要再减去空白区即VMALLOC_OFFSET）被vmalloc()函数用来把不连续的物理地址空间映射到连续的线形地址空间上，在内存比较大的系统上，vmalloc()使用从VMALLOC_START到VMALLOC_END（也即PKMAP_BASE减去2页的空白页大小PAGE_SIZE）的线形地址空间

(5)此时余下的线形地址空间（还要再减去2页的空白区即VMALLOC_OFFSET）又可以分成2部分：
第一部分从PKMAP_BASE到FIXADDR_START用来由kmap()函数映射高端内存；
第二部分，从FIXADDR_START到FIXADDR_TOP，这是一个固定大小的线形地址空间，（引用：Fixed virtual addresses are needed for subsystems that need to know the virtual address at compile time such as the APIC），在x86体系结构上，FIXADDR_TOP被静态定义为0xFFFFE000,此时这个固定大小空间结束于整个线形地址空间最后4K前面，该固定大小空间大小是在编译时计算出来并存储在__FIXADDR_SIZE变量中。

正是由于vmalloc()使用区、kmap()使用区及固定大小区的存在才使ZONE_NORMAL区大小受到限制，由于内核在运行时需要这些函数，因此在线形地址空间中至少要VMALLOC_RESERVE大小的空间。VMALLOC_RESERVE的大小与体系结构相关，在x86上，VMALLOC_RESERVE定义为128M，这就是为什么我们看到ZONE_NORMAL大小通常是16M到896M的原因。

 
1、  kmalloc()是内核中最常见的内存分配方式，它最终调用伙伴系统的__get_free_pages()函数分配，根据传递给这个函数的flags参数，决定这个函数的分配适合什么场合，如果标志是GFP_KERNEL则仅仅可以用于进程上下文中，如果标志GFP_ATOMIC则可以用于中断上下文或者持有锁的代码段中。

kmalloc返回的线形地址是直接映射的，而且用连续物理页满足分配请求，且内置了最大请求数（2**5=32页）。

 
2、  kmap()是主要用在高端存储器页框的内核映射中，一般是这么使用的:
使用alloc_pages()在高端存储器区得到struct page结构，然后调用kmap(struct *page)在内核地址空间PAGE_OFFSET+896M之后的地址空间中（PKMAP_BASE到FIXADDR_STAR）建立永久映射(如果page结构对应的是低端物理内存的页，该函数仅仅返回该页对应的虚拟地址)
kmap()也可能引起睡眠，所以不能用在中断和持有锁的代码中

不过kmap只能对一个物理页进行分配，所以尽量少用。

 3、  vmalloc优先使用高端物理内存，但性能上会打些折扣。

vmalloc分配的物理页不会被交换出去;
vmalloc返回的虚地址大于(PAGE_OFFSET + SIZEOF(phys memory) + GAP)，为VMALLOC_START----VMALLOC_END之间的线形地址;
vmalloc使用的是vmlist链表，与管理用户进程的vm_area_struct要区别,而后者会swapped；

   

4、 使用kmap的原因：
对于高端物理内存(896M之后)，并没有和内核地址空间建立一一对应的关系(即虚拟地址=物理地址+PAGE_OFFSET这样的关系)，所以不能使用get_free_pages()这样的页分配器进行内存的分配，而必须使用alloc_pages()这样的伙伴系统算法的接口得到struct *page结构，然后将其映射到内核地址空间