Linux内核中的内存映射-使用vamlloc（）和kmalloc（）

Question

考虑具有4 GB RAM内存的32bit x86 Linux系统，因此，如书籍以及许多论坛中所述，内存映射将如下所示：

1. 内核逻辑地址-最多896 MB-一对一映射，可以使用kmalloc（）进行分配。
2. 内核虚拟地址-128MB（高于896MB-内核逻辑地址）-使用vmalloc（）分配，并虚拟分配虚拟但连续（分散在RAM中的）非连续的内存页面。

我无法完全理解并需要澄清的几点。

1. 我的理解是，当使用kmalloc（）来分配内存时，它总是从0到896MB，不超过RAM。

2. 当我们使用vmalloc（）分配内存时，该内存是否在RAM中分配了从896MB到4GB范围的任何位置？还是仅在RAM内从896MB到1GB范围内分配？

3. 当我们说内核只有1GB的虚拟地址空间时，这是否意味着内核无法访问超过1GB的RAM？如果可以的话该怎么做？ 128MB的内核虚拟地址空间是否用于此目的？

请帮助。

Answer 1

理论上，有3种不同的“内存管理器”。一种管理物理RAM（主要跟踪可用物理RAM的页面），一种管理虚拟空间（映射到每个虚拟地址空间中的虚拟空间，在虚拟地址空间中以固定大小的片段-页面大小工作），第三种管理“堆”（允许将较大的虚拟地址空间区域分成任意大小的片段。]

最初； Linux内核试图使用其内核“堆”来管理所有这三种截然不同的事物。通过将“所有RAM”线性映射到内核空间，它们绕过了管理内核虚拟内存的需求，最终在内核空间中的虚拟地址和物理地址（例如“ physical = virtual-base”）之间建立了简单的关系，并通过分配您还会分配“堆”物理内存。

最初是很好的，因为当时计算机很少具有超过128 MiB的RAM（Linus并不期望内核存在很长时间，因为GNU计划很快转用Hurd）和内核空间比“所有RAM”大得多。随着RAM数量的增加，这成为一个问题-“所有RAM”变得大于内核空间，因此“使用堆来管理3个非常不同的事物”无法正常工作。

当然，一旦成为问题，许多内核代码就依赖于“ kmalloc来分配物理内存”，这使得解决该问题变得非常困难。相反，他们将物理内存划分为2个区域-一个区域由“ kmalloc”管理，另一个区域由“ vmalloc”管理；然后更改内核部分以使用“ vmalloc”而不是“ kmalloc”，在这些地方很容易进行更改。

1. 我的理解是，使用kmalloc（）分配内存时，它总是从0到896MB，不超过RAM。

是；这是物理内存的第一个区域，适合“ kmalloc”使用的内核空间映射。

2. 当我们使用vmalloc（）分配内存时，该内存是否在RAM中分配了从896MB到4GB范围的任何位置？还是仅在RAM内从896MB到1GB范围分配？

它将从不在第一个区域（“ 896MB或更高”范围内的任何地方）的任何RAM中分配。

3. [当我们说内核只有1GB的虚拟地址空间时，这是否意味着内核无法访问超过1GB的RAM？如果可以的话该怎么做？ 128MB的内核虚拟地址空间是否用于此目的？

内核的1 GiB虚拟空间；一些（896MB）将是物理地址空间的线性映射，一些将是内存映射（PCI）设备，而另一些将被保留为可以进行动态映射的区域。对于“ vmalloc”，内核将分配RAM的物理页，然后将它们映射到“动态映射区域”（并返回一个指向与物理地址无关的映射位置的指针，并中断“ physical = virtual-基本”关系）。

注1：确切的大小/限制是可变的-例如内核可以编译为“ 2 GiB / 2 GiB split”，其中内核空间为2 GiB（而不是“ 3 GiB / 1 GiB split”）；并且“ kmalloc区域”的大小可能取决于各种因素（PCI设备需要多少空间，有多少RAM等），并且可能不是896MB。

注2：由于引入了“ vmalloc”来解决原始问题；计算机切换到64位（“所有内存”可以/又可以放入内核空间），而“ vmalloc”就变得不必要了（很可能落入“ kmalloc”）。但是，发生了许多其他变化（引入NUMA，加密的RAM，非易失性RAM等），以及比任何人都无法跟踪的更多的安全漏洞），因此原始的设计缺陷已达到暂时的“坏主意，但是，如果我们继续为安全漏洞添加解决方案，则从技术上讲它还是没有损坏的（直到RAM和非易失性RAM的大小不可避免地增加，并且将来某个时候（可能在大约30年后）再次需要“ vmalloc”。] >