linux段頁式內存管理，linux 內核高端內存意義,Linux內核高端內存管理

原先一直都對Linux高端內存的管理認識模模糊糊的，可能主要是初次接觸Linux kernel 是0.11版吧，當初的內存設計是16M，Linus對擁有32M的內存都是覬覦萬分，1G內存恐怕是天方夜譚了。16M內存哪里還顧得上高端內存，腦子就一直沒有這種概念。先我們還是來看看為什么要有高端內存？

80386的線性尋址空間是4G，內核空間從3G開始,如果全部采用"線性映射"(物理地址和邏輯地址只差一個常量 PAGE_OFFSET ),最多管理1G物理內存，也就是1G的物理內存挨著挨著對應的是虛擬地址的3G到4G的位置。你想想如果多于1G的內存，我們用什么線性地址來裝下這些多出的地址呢？ 我朋友的機器有2G,據說玩游戲巨爽(AMD64300+).顯然如果線性映射我的朋友就會浪費1G內存.為了使內核能夠訪問這些"高端內存",內核使用HighMem.做法是不將內核1G的虛擬地址空間全部映射成物理內存,而是預留一部分給高端內存做臨時映射使用.

linux段頁式內存管理？其實內核不僅僅預留了highmem的地址空間,還給fixmap,vmalloc預留了虛存空間.實際上,系統初始化的時候預留128M虛存,896M用于"直接"映射物理內存。下面我們先貼上一幅圖，摘自《understand linux kernel 》

畢竟意淫是很考大家的空間想象能力的，所以我們還是依照圖片來看圖說話:

高端內存映射有三種方式：

Linux 內核，1、映射到“內核動態映射空間”

這種方式很簡單，因為通過 vmalloc() ，在"內核動態映射空間"(上圖的VMALLOC_START到VMALLOC_END)申請內存的時候，就可能從高端內存獲得頁面(參看 vmalloc 的實現)，因此說高端內存有可能映射到"內核動態映射空間" 中。

2、永久內核映射

linux 進程管理，如果是通過 alloc_page() 獲得了高端內存對應的 page，如何給它找個線性空間？

內核專門為此留出一塊線性空間，從 PKMAP_BASE 到 FIXADDR_START (上圖的倒數第二塊區域)，用于映射高端內存。在 2.4 內核上，這個地址范圍是 4G-8M 到 4G-4M 之間。這個空間起叫“內核永久映射空間”或者“永久內核映射空間”。

這個空間和其它空間使用同樣的頁目錄表，對于內核來說，就是 swapper_pg_dir，對普通進程來說，通過 CR3 寄存器指向。

linux 文件系統。通常情況下，這個空間是 4M 大小，因此僅僅需要一個頁表即可，內核通過來 pkmap_page_table 尋找這個頁表。通過 kmap()， 可以把一個 page 映射到這個空間來。由于這個空間是 4M 大小，最多能同時映射 1024 個 page。因此，對于不使用的的 page，及應該時從這個空間釋放掉(也就是解除映射關系)，通過 kunmap() ，可以把一個 page 對應的線性地址從這個空間釋放出來。

3、臨時映射

內核在 FIXADDR_START 到 FIXADDR_TOP 之間保留了一些線性空間用于特殊需求。這個空間稱為“固定映射空間”

UNIX/LINUX，在這個空間中，有一部分用于高端內存的臨時映射。

這塊空間具有如下特點：

1、每個 CPU 占用一塊空間

centos7內核列表、2、在每個 CPU 占用的那塊空間中，又分為多個小空間，每個小空間大小是 1 個 page，每個小空間用于一個目的，這些目的定義在 kmap_types.h 中的 km_type 中。

當要進行一次臨時映射的時候，需要指定映射的目的，根據映射目的，可以找到對應的小空間，然后把這個空間的地址作為映射地址。這意味著一次臨時映射會導致以前的映射被覆蓋。

通過 kmap_atomic() 可實現臨時映射。