從內(nèi)存布局圖角度看內(nèi)存管理

我們知道Linux是分為兩種狀態(tài) 用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)，Linux內(nèi)核需要跑在硬件平臺上，硬件平臺也有自己的狀態(tài)。這里還是ARM，ARM有其中處理器的模式。

用戶模式（user）：用戶程序運(yùn)行的模式。系統(tǒng)模式（system）：特權(quán)模式。一般中斷模式（IRQ）：普通中斷模式?？焖僦袛嗄Ｊ剑‵IQ）：快速中斷模式。管理模式（supervisor）：操作系統(tǒng)的內(nèi)核通常運(yùn)行在該模式下。數(shù)據(jù)訪問終止模式（abort）：當(dāng)數(shù)據(jù)或者指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，用于虛擬存儲及存儲保護(hù)。未定義指令模式（undefined）：當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。

Linux內(nèi)核的用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)兩種模式分別對應(yīng)的用戶模式和管理模式。

這里還是以32位，對應(yīng)4GB，內(nèi)核一般內(nèi)核：用戶按照1：3的比例分配。這也是可以修改的。

我們知道分頁機(jī)制，賦予了每個(gè)進(jìn)程都有尋址4GB的空間，因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)程都有自己的進(jìn)程表。

內(nèi)核空間是從3GB開始，lowmem這段空間其實(shí)就是我們常說的線性映射區(qū)。（為啥虛擬地址明明在高位卻是low，繼續(xù)看）所謂的線性映射區(qū)，就是物理內(nèi)存線性地映射到這段內(nèi)核空間的區(qū)域中。在 ARM32 平臺上，物理地址［0:760MB］的這一部分內(nèi)存被線性映射到［3GB ：3GB+760MB］的虛擬地址上（因?yàn)槠湮锢淼刂吩诘臀唬?/p>

線性映射區(qū)的虛擬地址和物理地址相差PAGE_OFFSET，即3GB。內(nèi)核中有相關(guān)的宏來實(shí)現(xiàn)線性映射區(qū)的虛擬地址到物理地址的查找，例如pa（x）和va（x）。

其中，__pa（）把線性映射區(qū)的虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址，轉(zhuǎn)換公式很簡單，即用虛擬地址減去PAGE_OFFSET（3GB），然后加上PHYS_OFFSET（這個(gè)值在有的ARM平臺上為0，在ARM Vexpress平臺上為0x6000_0000）。

物理內(nèi)存被分成了兩部分，低端的部分用在線性映射區(qū)，線性映射區(qū)就是這里的“l(fā)owmem”區(qū)域。剩下的高端部分的物理內(nèi)存被稱為高端內(nèi)存（High Memory），內(nèi)核要使用它，必須通過高端映射的方式來訪問。

內(nèi)核通常把低于760MB的物理內(nèi)存稱為線性映射內(nèi)存（Normal Memory），而高于760MB以上的稱為高端內(nèi)存。 （這個(gè)高端是針對內(nèi)核內(nèi)存來說，780到1G）

這個(gè)分給內(nèi)核的1G分成了高端和線性。

高端780到1G是干啥呢？剩下的264MB虛擬地址空間是保留給vmalloc機(jī)制、fixmap和高端異常向量表等使用的。內(nèi)核很多驅(qū)動使用vmalloc機(jī)制來分配連續(xù)虛擬地址的內(nèi)存，因?yàn)橛械尿?qū)動不需要連續(xù)物理地址的內(nèi)存；除此以外，vmalloc機(jī)制還可以用于高端內(nèi)存的臨時(shí)映射。一個(gè)32位的系統(tǒng)中，實(shí)際支持的內(nèi)存數(shù)量會超過內(nèi)核線性映射的長度，但是內(nèi)核要具有對所有內(nèi)存的尋找能力。

（這里我想的是雖然在內(nèi)核，但是我內(nèi)核還是要對整個(gè)內(nèi)存有個(gè)控制能力，這里就是體現(xiàn)，在vmalloc機(jī)制就可以干這個(gè)：個(gè)人看法，有糾正的大佬在評論區(qū)告訴小的一下）

編譯器在編譯目標(biāo)文件并且鏈接完成之后，就可以知道內(nèi)核映像文件最終的大小，接下來將其打包成二進(jìn)制文件，該操作由arch/arm/kernel/vmlinux.ld.S 控制，其中也劃定了內(nèi)核的內(nèi)存布局。

內(nèi)核image本身占據(jù)的內(nèi)存空間從_text段到_end段，并分為如下幾個(gè)段。text段：_text和_etext為代碼段的起始和結(jié)束地址，包含了編譯后的內(nèi)核代碼。init段：init_begin和init_end為init段的起始和結(jié)束地址，包含了大部分內(nèi)核模塊初始化的數(shù)據(jù)。data段：_sdata和_edata為數(shù)據(jù)段的起始和結(jié)束地址，保存大部分內(nèi)核的已初始化的變量。BSS段：bss_start和bss_stop為BSS段的開始和結(jié)束地址，包含初始化為0的所有靜態(tài)全局變量。

上述幾個(gè)段的大小在編譯鏈接時(shí)根據(jù)內(nèi)核配置來確定，因?yàn)槊糠N配置的代碼段和數(shù)據(jù)段長度都不相同，這取決于要編譯哪些內(nèi)核模塊，但是起始地址_text 總是相同的。內(nèi)核編譯完成之后，會生成一個(gè)System.map文件，查詢這個(gè)文件可以找到這些符號的具體數(shù)值。