日期:2014-05-16  浏览次数:22476 次

linux内存管理--Linux中的物理和虚拟存储空间布局
        在支持MMU的32位处理器平台上,Linux系统中的物理存储空间和虚拟存储空间的地址范围分别都是从0x00000000到0xFFFFFFFF,共4GB,但物理存储空间与虚拟存储空间布局完全不同。Linux运行在虚拟存储空间,并负责把系统中实际存在的远小于4GB的物理内存根据不同需求映射到整个4GB的虚拟存储空间中。
物理存储空间布局
Linux的物理存储空间布局与处理器相关

说明:
      1)最大node号n不能大于MAX_NUMNODES-1。
       2)MAX_NUMNODES表示系统支持的最多node数。在ARM系统中,Sharp芯片最多支持16个nodes,其他芯片最多支持4个nodes。

        3)numnodes是当前系统中实际的内存node数。
       4)在不支持CONFIG_DISCONTIGMEM选项的系统中,只有一个内存node。
      5)最大bank号m不能大于NR_BANKS-1。
        6)NR_BANKS表示系统中支持的最大内存bank数,一般等于处理器的RAM片选数。在ARM系统中,Sharp芯片最多支持16个banks,其他芯片最多支持8个banks。

        7)mem_init()函数会将所有节点的页帧位码表所占空间、孔洞页描述符空间及空闲内存页都释放掉。

虚拟存储空间布局

      在支持MMU的系统中,当系统做完硬件初始化后就使能MMU功能,这样整个系统就运行在虚拟存储空间中,实现虚拟存储空间到物理存储空间映射功能的是处理器的MMU,而虚拟存储空间与5路存储空间的映射关系则是由Linux内核来管理的。32位系统中物理存储空间占4GB空间,虚拟存储空间同样占4GB空间,Linux把物理空间中实际存在的远远小于4GB的内存空间映射到整个4GB虚拟存储空间中除映射I/O空间之外的全部空间,所以虚拟内存空间远远大于物理内存空间,这就说同一块物理内存可能映射到多处虚拟内存地址空间上,这正是Linux内存管理职责所在。

说明:
        1)线性地址空间:是指Linux系统中从0x00000000到0xFFFFFFFF整个4GB虚拟存储空间。
        2)内核空间:内核空间表示运行在处理器最高级别的超级用户模式(supervisor mode)下的代码或数据,内核空间占用从0xC0000000到0xFFFFFFFF的1GB线性地址空间,内核线性地址空间由所有进程共享,但只有运行在内核态的进程才能访问,用户进程可以通过系统调用切换到内核态访问内核空间,进程运行在内核态时所产生的地址都属于内核空间。
      3)用户空间:用户空间占用从0x00000000到0xBFFFFFFF共3GB的线性地址空间,每个进程都有一个独立的3GB用户空间,所以用户空间由每个进程独有,但是内核线程没有用户空间,因为它不产生用户空间地址。另外子进程共享(继承)父进程的“用户空间”只是使用与父进程相同的用户线性地址到物理内存地址的映射关系,而不是共享父进程用户空间。运行在用户态和内核态的进程都可以访问用户空间。
      4)内核逻辑地址空间:是指从PAGE_OFFSET到high_memory之间的线性地址空间,是系统物理内存映射区,它映射了全部或部分(如果系统包含高端内存)物理内存。内核逻辑地址空间与 系统RAM内存物理地址空间是一一对应的(包括内存孔洞也是一一对应的),内核逻辑地址空间中的地址与RAM内存物理地址空间中对应的地址只差一个固定偏移量,如果RAM内存物理地址空间从0x00000000地址编址,那么这个偏移量就是PAGE_OFFSET。
       5)低端内存:内核逻辑地址空间所映射物理内存就是低端内存,低端内存在Linux线性地址空间中始终有永久的一一对应的内核逻辑地址,系统初始化过程中将低端内存永久映射到了内核逻辑地址空间,为低端内存建立了虚拟映射页表。低端内存内物理内存的物理地址与线性地址之间的转换可以通过__pa(x)和__va(x)两个宏来进行,__pa(x)将内核逻辑地址空间的地址x转换成对应的物理地址,相当于__virt_to_phys((unsigned long)(x)),__va(x)则相反,把低端物理内存空间的地址转换成对应的内核逻辑地址,相当于((void *)__phys_to_virt((unsigned long)(x)))。
        6)高端内存:低端内存地址之上的物理内存是高端内存,高端内