上一週一直在關注linux內存中3：1（3G：1G）的關係，並沒有考慮到如果我的物理內存大於1G，那麼內核空間1G的虛擬空間如何映射整個物理內存呢？以及內核是如何管理這大於1G的物理內存的。
下面是轉載的文章，解釋了這個疑問。
高端內存是指物理地址大於 896M 的內存。對於這樣的內存，無法在“內核直接映射空間”進行映射。
爲什麼？
因爲“內核直接映射空間”最多隻能從 3G 到 4G，只能直接映射 1G 物理內存，對於大於 1G 的物理內存，無能爲力。
實際上，“內核直接映射空間”也達不到 1G， 還得留點線性空間給“內核動態映射空間” 呢。
因此，Linux 規定“內核直接映射空間” 最多映射 896M 物理內存。
對於高端內存，可以通過 alloc_page() 或者其它函數獲得對應的 page，但是要想訪問實際物理內存，還得把 page 轉爲線性地址才行（爲什麼？想想 MMU 是如何訪問物理內存的），也就是說，我們需要爲高端內存對應的 page 找一個線性空間，這個過程稱爲高端內存映射。
高端內存映射有三種方式：
1、映射到“內核動態映射空間”
這種方式很簡單，因爲通過 vmalloc() ，在“內核動態映射空間”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
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？
內核專門爲此留出一塊線性空間，從 PKMAP_BASE 到 FIXADDR_START ，用於映射高端內存。在 2.4 內核上，這個地址範圍是 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，對於內核來說，就是 swapper_pg_dir，對普通進程來說，通過 CR3 寄存器指向。
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
由於這個空間是 4M 大小，最多能同時映射 1024 個 page。因此，對於不使用的的 page，應該及時從這個空間釋放掉（也除映射關就是解系），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於特殊需求。這個空間稱爲“固定映射空間”
在這個空間中，有一部分用於高端內存的臨時映射。
這塊空間具有如下特點：
1、 每個 CPU 佔用一塊空間
2、 在每個 CPU 佔用的那塊空間中，又分爲多個小空間，每個小空間大小是 1 個 page，每個小空間用於一個目的，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，然後把這個空間的地址作爲映射地址。這意味着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。
下圖簡單簡單表達如何對高端內存進行映射
本文來自CSDN博客，轉載請標明出處：http://blog.csdn.net/do2jiang/archive/2010/04/17/5495675.aspx
Linux內存線性地址空間大小爲4GB，分爲2個部分：用戶空間部分（通常是3G）和內核空間部分（通常是1G）。在此我們主要關注內核地址空間部分。
內核通過內核頁全局目錄來管理所有的物理內存，由於線性地址前3G空間爲用戶使用，內核頁全局目錄前768項（剛好3G）除0、1兩項外全部爲0，後256項（1G）用來管理所有的物理內存。內核頁全局目錄在編譯時靜態地定義爲swapper_pg_dir數組，該數組從物理內存地址0x101000處開始存放。
由圖可見，內核線性地址空間部分從PAGE_OFFSET（通常定義爲3G）開始，爲了將內核裝入內存，從PAGE_OFFSET開始8M線性地址用來映射內核所在的物理內存地址（也可以說是內核所在虛擬地址是從PAGE_OFFSET開始的）；接下來是mem_map數組，mem_map的起始線性地址與體系結構相關，比如對於UMA結構，由於從PAGE_OFFSET開始16M線性地址空間對應的16M物理地址空間是DMA區，mem_map數組通常開始於PAGE_OFFSET+16M的線性地址；從PAGE_OFFSET開始到VMALLOC_START – VMALLOC_OFFSET的線性地址空間直接映射到物理內存空間（一一對應影射，物理地址<==>線性地址-PAGE_OFFSET），這段區域的大小和機器實際擁有的物理內存大小有關，這兒VMALLOC_OFFSET在X86上爲8M，主要用來防止越界錯誤；在內存比較小的系統上，餘下的線性地址空間（還要再減去空白區即VMALLOC_OFFSET）被vmalloc()函數用來把不連續的物理地址空間映射到連續的線性地址空間上，在內存比較大的系統上，vmalloc()使用從VMALLOC_START到VMALLOC_END（也即PKMAP_BASE減去2頁的空白頁大小PAGE_SIZE（解釋VMALLOC_END））的線性地址空間，此時餘下的線性地址空間（還要再減去2頁的空白區即VMALLOC_OFFSET）又可以分成2部分：第一部分從PKMAP_BASE到FIXADDR_START用來由kmap()函數來建立永久映射高端內存；第二部分，從FIXADDR_START到FIXADDR_TOP，這是一個固定大小的臨時映射線性地址空間，（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體系結構上，FIXADDR_TOP被靜態定義爲0xFFFFE000,此時這個固定大小空間結束於整個線性地址空間最後4K前面，該固定大小空間大小是在編譯時計算出來並存儲在__FIXADDR_SIZE變量中。
正是由於vmalloc()使用區、kmap()使用區及固定大小區（kmap_atomic()使用區）的存在才使ZONE_NORMAL區大小受到限制，由於內核在運行時需要這些函數，因此在線性地址空間中至少要VMALLOC_RESERVE大小的空間。VMALLOC_RESERVE的大小與體系結構相關，在X86上，VMALLOC_RESERVE定義爲128M，這就是爲什麼ZONE_NORMAL大小通常是16M到896M的原因。
本文來自CSDN博客，轉載請標明出處：http://blog.csdn.net/do2jiang/archive/2010/04/17/5495678.aspx
