arm32linux内存分布,linux内存管理笔记（⼗六）----ARM32内
存空间分配
Linux内核⼀般将处理器的虚拟地址空间分成两部分，在32系统上，地址空间在⽤户进程和内核之间划分的典型⽐例为3:1，在给出的4GB 的虚拟地址空间中，0 ~ 3GB将⽤于⽤户空间⽽3GB ~ 4GB将⽤于内核空间，内核提供了相关的配置项来修改该⽐例，也就是说Kernel最多寻址1GB的虚拟地址空间。
当CPU启动MMU后，CPU访问的时虚拟地址空间，然后由MMU根据页表转换成物理地址，页表是由Kernel维护的，所以Kernel可以决定1GB的虚拟地址空间具体映射到什么物理地址。但是不管Kernel怎么映射，最多也只能映射1G的物理内存，所以如果⼀个系统有超过1G的物理内存，在某⼀时刻，必然有⼀部分空间是内核⽆法访问到的，对于该问题内核借助于⾼端内存(highmem)⽅法来管理多余的内存，本章的主要讲解以下内容
什么是⾼端内存及其作⽤
ARM32 Linux的内存布局
1. 什么是⾼端内存
对于32系统，内核使⽤3G ~ 4G的虚拟地址空间，那么只有1G的地址空间可以⽤来映射物理空间。但是，如果我们使⽤的内存⼤于1G的情况，是不是超过1G的内存就⽆法使⽤了呢？为此内核引⼊了⼀个⾼端内存的概念，把1G的虚拟地址空间分成两部分
低端内存空间：⼩于high_memory的物理地址空间，这部分的内存物理地址和3G开始的线性地址是⼀⼀映射的，也就是说内核使⽤的线性地址空间3G ~ (3G + high_memory)和物
理地址空间0 ~ high_memory⼀⼀映射
⾼端内存空间：剩下的128M的线性空间⽤来映射剩下的⼤于high_memory的物理地址空间
对于以上，我们可以知道以下问题
对于⾼端内存high_memory，现在⼀般是896M，当我们只有512M的内存的时候，就没有⾼端内存⼀说了，因为512MB的物理内存已经被kernel直接映射
64位系统下不会有high memory，因为64位虚拟地址空间⾮常⼤(分给kernel的也很⼤)，完全能够直接映射全部物理内存。
在32位系统上，没有任何进程能够有效地使⽤超过3GB的内存。这意味着购买超过4GB的从理论上是发挥不出其优势
对于我们使⽤的IMX6U，由于使⽤了CMA，所以其⾼端内存high_memory的地址空间范围为0xe000 0000 ~ 0xFFFF FFFF(512 MB ~ 1024MB)。那么内核如何借助512M⾼端内存地址空间实现访问访问所有4GB的物理内存。⽐如当内核项访问⾼于High_memory的物理地址时，可以从(0xc000 0000 + high_memory) ~ 0xFFFF FFFF地址空间范围内⼀段相应⼤⼩的空闲虚拟地址，建⽴映射到想访问的那段物理内存，⽤完后归还。这样就所有的⼈都可以借⽤这段地址空间访问物理地址，访问所有物理内容如下图所⽰：
我们可以知道⾼端内存的最基本思想：借⼀段地址空间，建⽴临时地址映射，⽤完后释放，达到这段地址空间可以循环使⽤，访问所有物理内存。万⼀有内核进程或模块⼀直占⽤某段逻辑地址空间不释放，怎么办？若真的出现的这种情况，则内核的⾼端内存地址空间越来越紧张，若都被占⽤不释放，则没有建⽴映射到物理内存都⽆法访问了。
2. Linux内核⾼端内存的划分
对于⾼端内存，⼀般划分如下：
动态内存映射区：虚拟内存中连续，但物理内存不连续的内存，可以在vmalloc区域分配。该机制通常⽤于⽤户空间，内核⾃⾝会试图尽⼒避免⾮连续的物理内存。
永久内存映射区：该区域可访问⾼端内存，访问⽅法是使⽤alloc_page(_GFP_HIGHMEM)分配⾼端内存页或使⽤kmap函数将分配到⾼端内存映射到该区域
固定映射区：固定映射是与物理内存空间中的固定页关联的虚拟地址空间项，该区域和4GB的顶端只有4K的隔离带，其每个地址项都服务于特定的⽤途。
对于⾼端内存的划分，其中fixed mapping主要⽤在boot阶段⽤来永久性映射⼀些物理地址固定的数据结构或者硬件地址(⽐如ACPI
表，APIC地址，等等)。kmap area是kernel⽤来临时建⽴映射来访问物理页⽤的，可⽤的地址空间也⽐较⼩。绝⼤部分reserve了给vmalloc area，vmalloc和ioremap返回的都是这个空间⾥的地址。
3. ARM32内存分布图
生活感悟句子了解完低端内存和⾼端内存的概念，我们来看看我们实际上内存布局是怎么样的？Linux内核在启动时，会打印出内核内存空间的布局图，下⾯是ARM IMX6平台打印出来的内存空间布局图
Virtual kernel memory layout:
vector : 0xffff0000 - 0xffff1000 ( 4 kB)
fixmap : 0xffc00000 - 0xfff00000 (3072 kB)
vmalloc : 0xe0800000 - 0xff800000 ( 496 MB)
lowmem : 0xc0000000 - 0xe0000000 ( 512 MB)
pkmap : 0xbfe00000 - 0xc0000000 ( 2 MB)
modules : 0xbf000000 - 0xbfe00000 ( 14 MB)
.text : 0xc0008000 - 0xc0a00000 (10208 kB)
.init : 0xc0e00000 - 0xc1000000 (2048 kB)
.data : 0xc1000000 - 0xc1074c00 ( 467 kB)
.bss : 0xc1076000 - 0xc10e8eec ( 460 kB)
这部分信息是的打印是在mem_init()函数中实现的
pr_notice("Virtual kernel memory layout:\n"
" vector : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld kB)\n"
#ifdef CONFIG_HAVE_TCM
" DTCM : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld kB)\n"
" ITCM : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld kB)\n"
#endif
张馨予和吴卓羲" fixmap : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld kB)\n"
" vmalloc : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld MB)\n"
" lowmem : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld MB)\n"
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
" pkmap : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld MB)\n"
#endif
#ifdef CONFIG_MODULES
" modules : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld MB)\n"
#endif微笑狗事件死了多少人>恋君未有期
" .text : 0x%p" " - 0x%p" " (%4td kB)\n"
" .init : 0x%p" " - 0x%p" " (%4td kB)\n"
" .data : 0x%p" " - 0x%p" " (%4td kB)\n"
" .bss : 0x%p" " - 0x%p" " (%4td kB)\n",
MLK(UL(CONFIG_VECTORS_BASE), UL(CONFIG_VECTORS_BASE) +
(PAGE_SIZE)),
#ifdef CONFIG_HAVE_TCM
MLK(DTCM_OFFSET, (unsigned long) dtcm_end),
MLK(ITCM_OFFSET, (unsigned long) itcm_end),
#endif
MLK(FIXADDR_START, FIXADDR_END),
MLM(VMALLOC_START, VMALLOC_END),
MLM(PAGE_OFFSET, (unsigned long)high_memory),
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
MLM(PKMAP_BASE, (PKMAP_BASE) + (LAST_PKMAP) *
(PAGE_SIZE)),
#endif
#ifdef CONFIG_MODULES
MLM(MODULES_VADDR, MODULES_END),
#endif
MLK_ROUNDUP(_text, _etext),
MLK_ROUNDUP(__init_begin, __init_end),
MLK_ROUNDUP(_sdata, _edata),
MLK_ROUNDUP(__bss_start, __bss_stop));
内核image本⾝占据的内存空间从_text段到 _end段，并且分为如下⼏段
代码段：_text和 _etext为代码段的起始和结束地址，包含了编译后的内核代码
init 段：_init_begin 和 _init_end为init段的起始和结束地址，包含了⼤部分模块初始化的数据
数据段：_sdata和 _edata数据段的起始和结束地址，保存⼤部分内核的变量
BSS段：bss_start和 _bss_stop为BSS段的开始和结束地址，包含了初始化为0的所有的静态全局变量
那么⾼端内存的起始地址是如何确定的呢？在内核初始化内存时候，在adjust_lowmem_bounds函数中确定低端内存和⾼端内存的起始地址
vmalloc_limit = (u64)(uintptr_t)vmalloc_min - PAGE_OFFSET + PHYS_OFFSET;
小学竞选班长演讲稿arm_lowmem_limit = lowmem_limit;
五一去哪儿玩high_memory = __va(arm_lowmem_limit - 1) + 1;
计算出来内核线性映射512M地址空间，剩下的保留给vmalloc，fixmap和⾼端向量表使⽤，内核很多驱动使⽤vmalloc来分配连续虚拟地址内存，因为有的驱动不需要连续物理地址内存；除此之外，vmalloc还可以⽤于⾼端内存的临时映射。对于内核vmalloc空间配置如下
#define VMALLOC_OFFSET(8*1024*1024)
#define VMALLOC_START(((unsigned long)high_memory + VMALLOC_OFFSET) & ~(VMALLOC_OFFSET-1))
#define VMALLOC_END0xff800000UL
vmalloc区域在ARM32内核中，从VMALLOC_START开始到VMALLOC_END结束，即从0xe0800000 - 0xff800000，⼤⼩为
512MB，在VMALLOC_START开始之前有⼀个8MB的空间，⽤于捕获越界访问。
4. 总结
对于⾼端内存，⾸先我们需要明确这是⼀个物理内存的概念，它仅仅是内核中的内存管理模块看待物理内存的时候的概念。在内核中，除了内存管理模块直接操作物理地址之外，其他的模块，都需要操作虚拟地址，⽽虚拟地址是需要内存管理模块分配和映射的。例如，我们有⼀个2G的内存，现在内核模块如果想要访问物理内存1.5G的地⽅，应该怎么办呢？
⾸先，我们不能使⽤物理地址，你需要使⽤内存管理模块给你分配虚拟地址，但是虚拟地址0 ~ 3G已经被⽤户态进程占⽤去了，作为内核不能使⽤。
其次，对于1.5G的地⽅就算映射了，也不是你真正要访问的物理内存地址，所以对于内核，能够使⽤虚拟内存地址，只剩下⾼端内存这块了。
内核通常把物理内存低于high_memory的地址成为线性映射地址，⽽⾼于high_memory以上的成为⾼端内存。由于32位系统寻址能⼒只有4GB，对于物理内存⾼于high_memory⽽低于4GB的情况，我们就需要从虚拟地址空间中画出⼀部分来⽤于动态映射⾼端内存，这样就可以访问到全部的4GB的内存。⽽对于映射⾼端内存的虚拟地址空间，可以划分位固定映射区和临时映射区，后⾯章节中单独来讲解每个的功能。对于我们现在使⽤的IMX6U的内核空间的内存分布图如下所⽰，对于途中的⾼端内存每个平台可能都不⼀样，主要是通过客户实际需要来配置