物理内存低于896M各个区到底是怎么映射的

在Linux内核空间里，有三种内存区，ZONE_DMA,ZONE_NORMAL,ZONE_HIGHMEM。

在64位系统上，HIGHMEM是不存在的，只有在32位系统上才会有。

在32位系统上，高于896M的物理内存称为高端内存。

内核地址空间为 3G-4G。

3G ~ 3G+896M为直接映射区，也就是说物理地址和内核虚拟地址只差3G的偏移量，比如说，内核中某个变量地址为3G+24M，那么这个变量所在的物理地址必然是24M。

内核还剩下128M的地址空间，这些是干什么用的呢？因为物理地址可能高于1G，高于1G的地方在内核里无法直接寻址，那怎么办的，这128M就是用来映射高于896M部分的内存的。举个例子，

内核里某个变量的地址是3G+1000M，那么这个变量的物理地址一般不会是1000M，当然有这个可能，因为1000M也位于高端内存。内核需要为这128M空间建立映射关系，128M映射896M~64G的部分(最多64G，开启PAE)。

这128M又分成几个区：

低于896M的部分称为直接映射区，后面分为VMALLOC区,永久映射区，固定映射区。

#define VMALLOC_OFFSET (8*1024*1024) //VMALLOC区与直接映射区的间隙，为了捕捉越界

范围是VMALLOC_START到VMALLOC_END，中间的4K是为了把分配的每段内存隔开，就像用户层的malloc，中间会有间隙。

这个VMALLOC分配内存时，会把地址映射到这个区域，举个例子，假如你用vmalloc得到了1M内存，物理地址(假设连续，实际不一定)为22G~22G+1M，返回给你的地址有可能是920M~921M。kmalloc与vmalloc的区别之一就是kmalloc会在低端内存申请。

后面的PKMAP区和FIXMAP区用法是这样的，你得到了一个高端内存的page，需要在内核里读写，但是内核不能直接操作page，需要地址，这样你调用kmap或者kmap_atomic，会把这个page映射到这两个区。当然加入这个page来自低端内存，直接返回page_address()的结果。

有一个问题一直很困扰我，假入内存不到896M呢？实际上内存不到896M，照样可以使用vmalloc。

先来看个例子

1. #include <linux/init.h>  
2. #include <linux/module.h>  
3. #include <linux/vmalloc.h>  
4. static int hello_init(void)  
5. {  
6.         char *test;  
7.         char *test1;  
8.         test = vmalloc(8);  
9.         test1 = kmalloc(8,0);  
10.         printk(KERN_ALERT "%x,%d\n",test,(unsigned int)test/(1024*1024));  
11.         printk(KERN_ALERT "%x,%d\n",test1,(unsigned int)test1/(1024*1024));  
12.         vfree(test);  
13.         kfree(test1);  
14.         return 0;  
15. }  
16. static void hello_exit(void)  
17. {  
18.         printk(KERN_ALERT "Goodbye,cruel world!\n");  
19. }  
20. module_init(hello_init);  
21. module_exit(hello_exit); 

内存256M：

内存512M：

内存1024M：

可见VMALLOC区不一定是在896M+8M到896M+8M+128M。

kmalloc返回的地址都在物理内存范围内，而vmalloc返回的地址就不一样了。我们再看上面各个区的分布图，发现有个high_memory，其实这是个变量，

上面是在物理内存为256的情况下打印high_memory，(除以1024*1024)，可见这个high_memory是根据物理内存算出来的，具体代码如下

1. #ifdef CONFIG_HIGHMEM  
2.         highstart_pfn = highend_pfn = max_pfn;  
3.         if (max_pfn > max_low_pfn)  
4.                 highstart_pfn = max_low_pfn;  
5.         e820_register_active_regions(0, 0, highend_pfn);  
6.         sparse_memory_present_with_active_regions(0);  
7.         printk(KERN_NOTICE "%ldMB HIGHMEM available.\n",  
8.                 pages_to_mb(highend_pfn - highstart_pfn));  
9.         num_physpages = highend_pfn;  
10.           high_memory = (void *) __va(highstart_pfn * PAGE_SIZE-1)+1;   
11. #else  
12.         e820_register_active_regions(0, 0, max_low_pfn);  
13.         sparse_memory_present_with_active_regions(0);  
14.         num_physpages = max_low_pfn;  
15.          high_memory = (void *) __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE - 1)+1;   
16. #endif  

VMALLOC_START在high_memory后面8M开始，一般应该是高于物理内存的。

我们来理清几个问题：

低于896M的物理内存与虚拟内存在内核空间里是一一对应的，这句话是有问题的，需要分情况说。

如果总得物理内存低于896M，假设为A，对于内核中的一个地址，如果小于A那么这个地址与物理地址只差一个偏移量，如果大于A，那么肯定位于VMALLOC区。如果一个物理地址为X的页被内存使用，即使X小于896，它对应的虚拟地址也有可能不是3G+896。

越写越乱，先写到这吧。

本文转自nxlhero 51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/nxlhero/711805，如需转载请自行联系原作者