高端内存

chenzhanyiczy

网上大部分的解析：
“
高端内存：是指物理地址大于 896M 的内存。对于这样的内存，无法在“内核直接映射空间”进行映射。
内核直接映射空间最多只能从3G到4G，只能直接映射1G物理内存，对于大于 1G 的物理内存，无能为力。因此，内核为了访问大于1G的物理内存，就必须留出一点空间<128M=1024-896>用于映射大于1G的物理内存。
”

但我还是不理解这个高端内存有什么作用？

如果采用高端内存，线性地址空间3G-3G+896只能直接映射0-896M物理内存，剩下的3G+896M-4G=128M的线性地址空间用来高端内存映射，但这128M的线性地址空间不是只能映射128M的物理内存吗？岂不是在高端内存的时候，3G-4G也只能映射1G的物理内存？

snail_314

回复 39# chenzhanyiczy


    我怕我讲错。我理解的大概流程就是，每个device都有自己的资源对吧，比如它们都有很多寄存器，如果是显卡的话肯定还会有framebuffer，在PCI体系中，这些设备的资源都是映射到4G的memory space中的（就是cpu用普通的mov指令就可以读写了，暂时忘掉微机原理中讲的in,out指令吧，它们访问的都是64M的I/O space）。所以设备们都有一些config寄存器，里面会标明它们的资源的“长度”有多长，比如寄存器就有1M，framebuffer有8M等。设备们访问它们各自的资源自然都用0作为起始地址就可以访问了，但是cpu要访问的话就需要知道它们在4G的物理地址空间中的start address（必定不能有冲突）。那么由BIOS\NB\OS\BUS DRIVER协作起来用一套算法就是分别为这些设备们配置这个在4G的物理地址空间中的start address，要求就是不能有冲突。这个配置过程在OS的DEVICE PROBE时来做。在这之前BIOS也会在POST时做一次，但是貌是OS不会理睬BIOS配置的结果，会自己重新配置一趟。

re_load

俺的理解是扩大内核访问物理内存的范围。
如果不预留128M的线性地址空间，把物理内存的第一个1G直接映射到3G-4G，这样内核就只能使用物理内存的0-1G了。预留了128M的窗口，可以透过这个窗口访问896M以后的所有物理内存，虽然不能在同一时刻做到使用896M以后的内存，但是有了这个窗口就具备了一种能力。
用户空间有3G线性地址空间，没有高端内存的概念。内核空间只有1G，所以留了个窗口来使用4G物理内存。
欢迎拍砖

chenzhanyiczy

回复 2# re_load


    这128M的线性地址空间能访问多少物理内存

re_load

回复 3# chenzhanyiczy


    128M线性地址空间在同一时刻最多映射128M物理内存。128M物理内存容纳的32768个页框可以分散在896M以后的所有的物理内存中。

kouu

首先，为什么内核只使用3~4G的地址空间、用户只使用0~3G？ 为什么不能都使用0~4G呢？ 如果都使用0~4G，显然不存在高端内存的问题，因为整个物理地址空间都已经被内核映射了。

而让用户只使用0~3G、内核只使用3~4G，这样就使得用户和内核使用的地址空间不重合，于是当执行上下文在用户态和内核态之间切换时（用户进程在内核态和用户态间切换、用户进程与内核线程之间的切换），就不需要更切换地址空间（更新页表）。这样做效率更高。

但是现在，内核只有3~4G的空间，对于物理内存的0~1G。如果物理内存超过1G，超出的部分是没法被内核所映射的。除非内核打破“只使用3~4G的约定”、或者依赖于用户空间的映射（这个显然不靠谱）。
那么，如果内核真想访问到1G以外的物理内存怎么办呢（尽管这种需求不是很多）？所以，最后128M的内核空间被切出来，用来映射超过896M以上的物理内存。

这128M的空间只能映射128M的物理内存，但是具体映射到哪里，这是动态的（可以修改的）。
尽管用128M来映射最大3G+128M的空间，不可能面面俱到。但是使用高端内存的需求并不是那么普遍，这128M也基本上够用了……

chenzhanyiczy

回复  chenzhanyiczy


    128M线性地址空间在同一时刻最多映射128M物理内存。128M物理内存容纳的3276 ...
re_load 发表于 2010-03-24 09:21

   
是啊，既然128M只能映射128M的物理内存，也就是说内核地址空间所能映射的物理内存是不变的（即1G）

那么，何必不把3G-4G直接映射到0-1G的物理内存上(而不是只是896M)，只要规定物理内存的0-1G都是给内核空间用的就行了

即896M-1G(128M)的物理内存保护起来给内核空间用，用户空间用不了

我就不明白，内核空间能映射的物理内存是不变的(1G)，无论是否使用了高端内存，那么何必要搞出高端内存来，这不是整的更加复杂？

chenzhanyiczy

回复 5# kouu


麻烦看看我上面说的这个疑问   
谢谢

re_load

是啊，既然128M只能映射128M的物理内存，也就是说内核地址空间所能映射的物理内存是不变的（即1G）

那么，何必不把3G-4G直接映射到0-1G的物理内存上(而不是只是896M)，只要规定物理内存的0-1G都是给内核空间用的就行了

即896M-1G(128M)的物理内存保护起来给内核空间用，用户空间用不了

我就不明白，内核空间能映射的物理内存是不变的(1G)，无论是否使用了高端内存，那么何必要搞出高端内存来，这不是整的更加复杂？

如果某些情况必须使用896M后的物理内存呢。
kernel提供这种机制就可以应对了，怎么使用是使用者的问题了，用完了释放掉映射，再使用再重新映射，都是可以的嘛。

re_load

首先，为什么内核只使用3~4G的地址空间、用户只使用0~3G？ 为什么不能都使用0~4G呢？ 如果都使用0~4G，显然不存在高端内存的问题，因为整个物理地址空间都已经被内核映射了。

而让用户只使用0~3G、内核只使用3~4G，这样就使得用户和内核使用的地址空间不重合，于是当执行上下文在用户态和内核态之间切换时（用户进程在内核态和用户态间切换、用户进程与内核线程之间的切换），就不需要更切换地址空间（更新页表）。这样做效率更高。

进程线性空间的规划师可以4/4 2/2 1/3的，这些都是可以配置的并非只能3/1。
进程切换不会更新页表，更新一下寄存器，刷新一下TLB就OK了，对于4G的线性空间来说页表就那么大小了，用户空间和内核空间的布局不会影响到切换效率