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标题: 物理内存为什么在使用时要映射到内核空间？ [打印本页]

作者: mushroom2008 时间: 2014-02-10 13:46
标题: 物理内存为什么在使用时要映射到内核空间？
请教一上问题：linux中有mem_map数组管理物理页面，内核为什么还要将每个物理页面映射到内核线性空间？如果用户程序发生了缺页中断，只要查找mem_map中有没有空闲页面，比如：有就映射到用户空间，为什么还要通过高端内存的复杂映射方法，将一个页面映射到内核空间，进行分配后再用呢？我不明白用户空间用的每个物理页面要先映射到内核空间，再映射到用户空间？

作者: mushroom2008 时间: 2014-02-10 13:52
但为什么要将访问高端内存（如物理内存的1G-4G部分）也搞的那么复杂，直接用mem_map数组中管理不就行了吗？有必要先映射到内核空间再映射到用空间吗？

作者: arm-linux-gcc 时间: 2014-02-10 15:33
不映射是没法访问的，这个你得去看懂CPU MMU的原理才能理解

分配给app的内存是优先从高端内存中拿，如果是高端内存中拿到的，直接就映射给用户空间了，并没有映射到内核空间；
如果分配给app的内存是低端内存中取得的，这个页早在内核启动的时候就已经先映射到低端内存了，并不是你分配的时候才去映射的

作者: humjb_1983 时间: 2014-02-10 16:34

mushroom2008 发表于 2014-02-10 13:46
请教一上问题：linux中有mem_map数组管理物理页面，内核为什么还要将每个物理页面映射到内核线性空间？如果 ...

在保护模式下，CPU使用的虚拟地址，也就是说必须映射后才能访问。
另外，不会将所有的物理内存都映射到内核地址空间的，这种说法肯定是有问题的。

作者: mushroom2008 时间: 2014-02-11 09:43
谢谢楼上二位大侠，但我发现当linux用户程序要使用内存时，他都是由内核分配的，内核无论是分配高端还是内存，都首先要将其映射到内核空间，再进行分配，我知道1G以内的内存是一一映射，但1G以上的高端内存分配为什么也要映射到内核空间，直接用mem_map数组管理不就行了吗？

作者: humjb_1983 时间: 2014-02-11 10:18
你把概念弄混了，用户态程序分配内存时(比如malloc、mmap)，实际是分配的虚拟地址空间，“分配”操作的具体执行者肯定是内核，但此时并没有分配物理内存，也并不是你说的将内存映射到内核空间。
用户态真正的物理内存分配，发生在“写”相应内存时，会触发缺页异常，在缺页异常中进行物理内存的分配，并创建相应的页表，将其映射到进程的虚拟地址空间中。

作者: hulidong971 时间: 2014-02-11 12:48
理解Linux的内存管理，首先理解的几个概念：用户虚拟地址空间、内核虚拟地址空间、物理内存页。
用户程序通过malloc等分配虚拟地址空间不会立即分配为物理内存页，是在访问该空间时通过缺页异常进行物理页的分配，如楼上所述。
内核程序既可以分配（通过kmalloc或vmalloc）内核虚拟地址空间，也可以直接分配物理页

作者: mushroom2008 时间: 2014-02-12 14:32
谢谢二位，我理解用户程序在使用内存时是通过在发生”缺页中断“时才内核闭为其分配物理内存，但我不理解的是，内核为什么分配（物理地址1G以上的）物理内存时要将一物理页面映射到内核空间才能分配，内核可不可以通过mem_map数组查找1G以上的空闲物理页面直接分配呢？

作者: mushroom2008 时间: 2014-02-12 14:41
问题的简化就是：无论是内核还是用户使用物理内存，是不是都要将其映射到内核线性地址空间？我看到一些书上讲的，物理内存都由内核分配，内核分配时无论是用kmalloc 还是vmalloc函数都要将此块物理内存映射到内核线性空间？谢谢

作者: humjb_1983 时间: 2014-02-12 15:02
本帖最后由 humjb_1983 于 2014-02-12 15:04 编辑

mushroom2008 发表于 2014-02-12 14:41
问题的简化就是：无论是内核还是用户使用物理内存，是不是都要将其映射到内核线性地址空间？我看到一些书上 ...

这个理解肯定是不对的，不是要“映射到内核线性地址空间”，分配物理内存由伙伴系统负责，会用到mem_map，但分配物理内存后，需要将其映射到“进程地址空间”中，也就是为该段内存映射虚拟地址后，进程才能使用和访问，所以这里应该是映射到“进程的线性地址空间”，不是“内核线性地址空间”。

作者: mushroom2008 时间: 2014-02-13 11:47
谢谢楼上，现在明白了一点，是不是可以这么理解：在linuxt系统中，内核必须能够管理所有物理内存，比如通过kmalloc动态映射，这是因为内核有可能使用到任何一块物理内存页面，但当一个物理内存页面映射到用户空间不一定要先映射到内核空间？再次谢谢！

作者: humjb_1983 时间: 2014-02-13 12:39
关键是理解：物理内存分配和进程虚拟机地址空间分配是分开的，用户态分配内存的整体思路是：先分配地址空间，在真正使用时，再实际分配物理内存，并将相应的物理内存映射到相应的地址空间中(修改页表)

作者: tc1989tc 时间: 2014-02-13 12:58
因为内核在它自己的1g以下的线性地址是和实际的物理地址存在一个固定偏移的，这是所谓的低端地址，，也就是重内核线性地址可以直接推断出物理地址，，，但是内核为了能访问大于1g的高端地址就在1g下面留出来个空洞，，供内核在使用高端物理地址的时候，将其映射到1g的空洞地址内

作者: mushroom2008 时间: 2014-02-13 13:26
因为，很多书让讲，内核必须能够管理到所有的物理内存，无论是低端的还是高端的，所以为了使有限的内核线性空间能够管理所有的物理内存，采用了动态分配VMALLOC,这也是为什么内核有固定映射、永久映射、临时映射等多种映射方式，我就是不明白，内核真的必须管理到所有物理内存吗？

作者: humjb_1983 时间: 2014-02-13 13:53

mushroom2008 发表于 2014-02-13 13:26
因为，很多书让讲，内核必须能够管理到所有的物理内存，无论是低端的还是高端的，所以为了使有限的内核线性 ...

是的，32位系统中，低端内存（<896M）内核直接映射(偏移)，高端内存通过896-1014M之间的128M空间进行映射，其中包括了vmalloc

作者: mushroom2008 时间: 2014-02-14 14:32
谢谢啦！！:wink:

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