linux内存空间划分

1. 32位系统空间划分

          通常32位Linux内核地址空间划分0~3G为用户空间，3~4G为内核空间。注意这里是32位内核地址空间划分，64位内核地址空间划分是不同的。
          下图是32位线性地址空间划分：



注意kernel中两个关键值得定义：

TASK_SIZE: 用户空间范围最大值

PAGE_OFFSET: 内核空间范围起始地址

线性地址跟物理地址的映射关系：





Linux内核高端内存的由来

Linux内核高端内存的由来

当内核模块代码或线程访问内存时，代码中的内存地址都为逻辑地址，而对应到真正的物理内存地址，需要地址一对一的映射，如逻辑地址0xc0000003对应的物理地址为0×3，0xc0000004对应的物理地址为0×4，… …，逻辑地址与物理地址对应的关系为

物理地址 = 逻辑地址 ? 0xC0000000

逻辑地址	物理内存地址
0xc0000000	0×0
0xc0000001	0×1
0xc0000002	0×2
0xc0000003	0×3
…	…
0xe0000000	0×20000000
…	…
0xffffffff	0×40000000 ??

假设按照上述简单的地址映射关系，那么内核逻辑地址空间访问为0xc0000000 ~ 0xffffffff，那么对应的物理内存范围就为0×0 ~ 0×40000000，即只能访问1G物理内存。若机器中安装8G物理内存，那么内核就只能访问前1G物理内存，后面7G物理内存将会无法访问，因为内核的地址空间已经全部映射到物理内存地址范围0×0 ~ 0×40000000。即使安装了8G物理内存，那么物理地址为0×40000001的内存，内核该怎么去访问呢？代码中必须要有内存逻辑地址的，0xc0000000 ~ 0xffffffff的地址空间已经被用完了，所以无法访问物理地址0×40000000以后的内存。

显然不能将内核地址空间0xc0000000 ~ 0xfffffff全部用来简单的地址映射。因此x86架构中将内核地址空间划分三部分：ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM。ZONE_HIGHMEM即为高端内存，这就是内存高端内存概念的由来。
Linux内核高端内存的由来

在x86结构中，三种类型的区域如下：

ZONE_DMA 内存开始的16MB

ZONE_NORMAL 16MB~896MB

ZONE_HIGHMEM 896MB ~ 结束



 Linux将内核地址空间划分为三部分ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM，高端内存HIGH_MEM地址空间范围为0xF8000000
~ 0xFFFFFFFF（896MB～1024MB）。那么如内核是如何借助128MB高端内存地址空间是如何实现访问可以所有物理内存？
当内核想访问高于896MB物理地址内存时，从0xF8000000
~ 0xFFFFFFFF地址空间范围内找一段相应大小空闲的逻辑地址空间，借用一会。借用这段逻辑地址空间，建立映射到想访问的那段物理内存（即填充内核PTE页面表），临时用一会，用完后归还。这样别人也可以借用这段地址空间访问其他物理内存，实现了使用有限的地址空间，访问所有所有物理内存。






简单的来讲就是896M以下的空间是采用直接映射，固定映射的方式进行访问，高于896M的空间就是采用临时映射的方式；

2.
64位arm内存空间划分
首先在64位系统空间中不存在高端内存，因为64位线性空间足够使用；
以4K一个page划分，空间分布如下：
起始地址                        结束地址                        大小            用途

-----------------------------------------------------------------------

0000000000000000        0000007fffffffff         512GB          用户空间

ffffff8000000000        ffffffbbfffeffff        ~240GB          vmalloc

ffffffbbffff0000        ffffffbbffffffff          64KB          [防护页]

ffffffbc00000000        ffffffbdffffffff           8GB          vmemmap

ffffffbe00000000        ffffffbffbbfffff          ~8GB          [防护页，未来用于 vmmemap]

ffffffbffbc00000        ffffffbffbdfffff           2MB          earlyprintk 设备

ffffffbffbe00000        ffffffbffbe0ffff          64KB          PCI I/O 空间

ffffffbffbe10000        ffffffbcffffffff          ~2MB          [防护页]

ffffffbffc000000        ffffffbfffffffff          64MB          模块

ffffffc000000000        ffffffffffffffff         256GB          内核逻辑内存映射


大家可在kernel中自行打印下面的定义，查看内存划分：
PAGE_OFFSET：内核空间起始地址

TASK_SIZE：用户空间最大地址

VMALLOC_START：vmalloc区起始地址

VMALLOC_END：vmalloc 结束地址

MODULES_VADDR：kernel module 内存起始地址

MODULES_END：kernel module 结束地址范围