高端内存

Linux对内存的管理划分成三个层次，分别是Node、Zone、Page。对这三个层次简介如下：

层次 说明
Node（存储节点） CPU被划分成多个节点，每个节点都有自己的一块内存，可以参考NUMA架构有关节点的介绍
Zone（管理区） 每一个Node（节点）中的内存被划分成多个管理区域（Zone），用于表示不同范围的内存
Page（页面） 每一个管理区又进一步被划分为多个页面，页面是内存管理中最基础的分配单位
它们之间的关系，用一张经典的图表示如下：

 

 

 

接下来我们重点讲述的是ZONE_HIGNMEM，也就是高端内存。

1 高端内存的由来

在32bit的x86机器中，4G的虚拟地址空间被划分成3G的用户空间（0—3G），1G的内核空间（3-4G）。在64bit的机器中于此不同。也就是说虚拟地址空间从0x0000 0000~0xBFFF FFFF为用户空间，0xC000 0000~0xFFFF FFFF为内核空间。Linux把每个内存节点的物理内存划分成3个管理区，也就是划分成ZONE_DMA、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGHMEM。它们的介绍如下：

内存区域	说明
ZONE_DMA	范围是0~16M，该区域的物理页面专门供I/O设备的DMA使用
ZONE_NORMAL	范围是16~896M，该区域的物理页面是内核能够直接使用的
ZONE_HIGHMEM	范围是896~结束，高端内存，内核不能直接使用

 

上面说到虚拟地址空间中的3~4G为Linux内核虚拟地址空间，其中内核空间3G~3G+896M对应物理内存空间的0~896M，并且在内核初始化时就已经将3G~3G+896M（0xC0000 0000~0xF7FF FFFF）虚拟地址空间与物理内存空间的0~896M进行了对应，内核在访问0~896M的内存的时候，只需要将其对应的虚拟地址空间增加一个偏移量就可以了。对于超过896M的物理地址空间，它们属于高端内存，高端内存区包含的内存页不能由内核直接访问，尽管它们也线性地映射到了线性地址空间的第4个G。也就是说对于高端内存区，只有128M的线性地址（0xF800 0000~0xFFFF FFFF）留给它进行映射。

有这样一个问题：内核虚拟地址空间只有1G，也就是说内核只能访问1G物理内存空间，但是如果物理内存是2G，那内核如何访问剩余的1G物理内存空间呢？按照我们刚才说的，这2G的物理内存地址被划分成了3个Zone，物理内存0~896M是内核直接可以访问的，896M~2G这一部分内核要如何访问呢？实际上，当内核想要访问高于896M的物理内存空间时，会从0xF800 0000~0xFFFF FFFF这一块线性地址空间中找一段，然后映射到想要访问的那一块超过896M部分的物理内存，用完之后就归还。由于0xF800 0000~0xFFFF FFFF这一块没有和固定的物理内存空间进行映射，也就是说，这128M的线性地址空间可以和高于896M的物理内存空间短暂的、任意的建立映射，循环使用者128M线性地址空间，这样内核就可以访问剩下的高于896M的物理内存空间了。

2 高端内存简介

刚才说虚拟地址空间的3G~4G部分属于Linux内核空间，其中1G的虚拟内核空间如下图：