物理内存为什么在使用时要映射到内核空间？

mushroom2008

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？

mushroom2008

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？

arm-linux-gcc

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

humjb_1983

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。

mushroom2008

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？

humjb_1983

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。

hulidong971

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

mushroom2008

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？

mushroom2008

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

humjb_1983

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”。