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內存管理是操作系統核心功能，盡管有點(diǎn)老（過(guò)時(shí)），我們還是以經(jīng)典的32位x86為例（之后會(huì )分析x86_64），看看linux內核的內存管理。參考linux kernel source code 4.0，為之后分析x86_64版本的內存管理做熱身（如有錯誤，還望指正，謝謝）！
1 內存區劃分
有三種類(lèi)型內存區（假設物理內存大于896M）：
ZONE_DMA（0到16M）
ZONE_NORMAL（16M到896M）
ZONE_HIGHMEM（大于896M）
其中，ZONE_DMA和ZONE_NORMAL稱(chēng)為低端內存，ZONE_HIGHMEM稱(chēng)為高端內存（后面會(huì )詳述高端內存）。
2 內存的申請使用
有三種申請函數：
alloc_pages()支持高端內存，返回page指針。
__get_free_pages()僅支持低端內存，返回內核線(xiàn)性地址（內核邏輯地址）。
kmalloc()支持低端內存的字節粒度，實(shí)質(zhì)是調用了__get_free_pages()。
在申請時(shí)，有三種標志（屬性）：
動(dòng)作屬性
__GFP_WAIT之類(lèi)的。
區類(lèi)型屬性
__GFP_DMA則僅從ZONE_DMA區申請，__GFP_HIGHMEM則從ZONE_HIGHMEM或ZONE_NORMAL申請。此標志位空表示從ZONE_NORMAL或ZONE_DMA申請。
第三種屬性是前兩種的組合而已。
我們關(guān)注一下kmalloc()：
如果有GFP_KERNEL，則由于可能睡眠，只能用戶(hù)進(jìn)程上下文。
如果有GFP_ATOMIC，則可以用于中斷或軟中斷場(chǎng)景。
如果有GFP_DMA，則只能從ZONE_DMA申請，一般用于設備驅動(dòng)。
3 高端內存
32bit x86的內存管理中，很重要的就是高端內存的概念，我們詳細討論一下。
3.1 高端內存基礎
首先要明確，使用高端內存由于會(huì )構建頁(yè)表所以會(huì )損失些效率。用到高端內存的時(shí)機：
alloc_pages(GFP_HIGHUSER)
vmalloc()->alloc_pages(GFP_HIGUSER)
內核一般不用高端內存，除非裝載模塊時(shí)可能會(huì )用到vmalloc()。
高端內存又分三種：
固定
kmap()完成，PKMAP_BASE到FIXADDR_START的4M，數量有限，故可能睡眠，一般用在進(jìn)程上下文。
臨時(shí)
kmap_atomic()完成，從FIXADDR_START到FIXADDR_TOP，屬于預留性質(zhì)，不會(huì )導致睡眠。注意，臨時(shí)映射需要禁本地cpu中斷，因為預留是根據cpu劃分，不容切換。
非連續
一般場(chǎng)景是，從VMALLOC_START到VMALLOC_END，同時(shí)申請物理內存和線(xiàn)性地址。
注意，這里只是高端映射，有可能映射到低端內存。
直白地理解，就是：內核用1G空間管理4G空間，自然不夠，所以從中留128M做動(dòng)態(tài)反復使用。
3.2 結合源碼理解高端內存
下面，我們結合源碼（linux kernel souce code 4.0）看看。
以下參考find_low_pfn_range()：
將實(shí)際物理內存以896M為界，分別處理。
先說(shuō)大于896M的場(chǎng)景，此時(shí)896M和實(shí)際物理內存之間的就屬于高端內存。不管是否打開(kāi)CONFIG_HIGHMEM，都會(huì )設置低端內存為896M：（MAXMEM_PFN即896M）
max_low_pfn = MAXMEM_PFN;
但是，如果不打開(kāi)CONFIG_HIGHMEM，就會(huì )無(wú)視高端內存：
max_pfn = MAXMEM_PFN;
這樣，如果內存高于896M，但是不打開(kāi)CONFIG_HIGHMEM，就只能使用896M以?xún)鹊膬却媪?，真是浪費！
需要注意的是，高端內存區間不能容納超過(guò)此范圍的內存空間，否則忽略并報錯：
再看物理內存小于896M的場(chǎng)景，此時(shí)真的沒(méi)有高端內存的概念了么？首先，不管是否打開(kāi)CONFIG_HIGHMEM，都會(huì )設置低端內存為實(shí)際物理內存大?。ㄐ∮?96M的一個(gè)值）：
max_low_pfn = max_pfn;
如果沒(méi)打開(kāi)CONFIG_HIGHMEM，確實(shí)沒(méi)有高端內存的事了。但是，如果打開(kāi)CONFIG_HIGHMEM，則在低端內存（max_low_pfn）留出部分空間（假定依然128M），此空間就還是高端內存的概念：
總結就是：
假設實(shí)際物理內存大小為a
如果192M<=a<=896M（低端必須至少64M，所以128M+64M=192M），（如果打開(kāi)CONFIG_HIGHMEM）則高端內存為[a-128M,a]
如果a>896M，則高端內存為[896M，a]
注意，此處的高端內存是從物理內存角度說(shuō)的，要與內核虛擬空間的角度（1G空間的128M）分開(kāi)理解。
最后，我們再看看VMALLOC區間：
可見(jiàn)，VMALLOC_START其實(shí)就是高端內存地址加上8M的間隔。我的理解：VMALLOC區不是固定從896M開(kāi)始，而是從高端內存開(kāi)始的，VMALLOC_END是固定的，這樣，VMALLOC區間完全可能大于128M（考慮實(shí)際物理內存小于896M且打開(kāi)CONFIG_HIGHMEM的場(chǎng)景下，最大可達1G-64M=960M）！想想，其實(shí)很好理解，VMALLOC區間誕生的背景是物理內存遠大于內核空間，而如果內核空間遠大于物理內存呢？
4 總結
就x86 32bit版來(lái)說(shuō)，主要是要搞清高端內存的含義，需要從物理內存角度和內核虛擬空間角度兩個(gè)角度去結合理解。其存在的意義，就是為了將更大的內存映射進(jìn)內核空間！下次分析64bit版本（相當于，64T取代896M），因為32bit版本已經(jīng)老去。。。
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