详解Linux的用户空间与内核空间

详解Linux的用户空间与内核空间,第1张

详解Linux的用户空间与内核空间 极力推荐:《linux视频教程》一.详细介绍
  • 在Linux电脑上, *** 作系统和驱动运行在内核空之间,应用运行在客户空之间。他们不能简单地使用滚动条来传输数据。因为Linux使用的是虚拟内存系统,所以客户空之间的数据信息很可能会交换。当客户空之间的米条在内核空之间使用时,匹配的数据信息很可能不在内存中。客户空之间的内存映射是分段的,而内核空有自己的规范。本文重点研究内核空之间的地址映射。
  • Os为每个完整的进程分配一个独立的、连续的、具有相同地址的虚拟内存空。这个规格一般是4G(32位系统计算机上的计算机 *** 作系统,即2的32次方),其中地址值高的内存空分配给os,linuxos占用2GB,windowos占用2G;其他内存地址空分配给整个进程。
  • 一般32位Linux内核虚拟地址空分为0~3G客户空室和3~4g内核空室(注意内核只能使用2GB的线性地址)。注意这里32位系统内核地址空和64位内核地址空之间的划分是不同的。
  • 全程寻址模式下0~4g空
  • 整个进程在客户态只能访问0~3G,在内核态只能访问3G~4g。
  • 整个进程按照进程进入内核状态。
  • 整个过程中每个虚空的3G~4g部分都是一样的。
  • 从客户状态到内核状态的整个过程不会轻易导致CR3的变化,但会导致局部变量的变化。
  • 二.Linux内核高端内存 1.由来

    当内核模块号或过程访问内存时,号中的内存地址都是思维逻辑地址,但地址是和真实的物理内存地址匹配的,所以地址必须一一映射。比如思维逻辑地址0xc0000003的物理地址是0×3,0xc0000004的物理地址是0×4,……,思维逻辑地址。

    物理地址=思维逻辑地址–0xc000000:是内核地址之间的地址转换关系空。注意,内核的虚拟地址在“高端”,但ta映射的物理内存地址在中低端。

    思维逻辑地址 物理内存地址 0xc0000000 0×0 0xc0000001 0×1 0xc0000002 0×2 0xc0000003 0×3 …… …… 0xe0000000 0×20000000 …… …… 0xffffffff 0×40000000??

    假设按照上面简单的地址映射关系,内核思维的逻辑地址空之间的访问是0xc000000~0xffff,那么对应的物理内存范围是0×0~0×4000000,也就是只能访问2GB的物理内存。如果机器安装了8G物理内存,那么内核只能访问前2GB的物理内存,后面的7G物理内存可能打不开,因为内核的所有地址空都已经映射到0×0~0×4000000的物理内存地址范围。即使安装了8G物理内存,内核如何访问物理地址为0×4000001的内存?尝试在数字中有一个逻辑内存地址。0xC0000000到0xffffffff之间的地址空早就用光了,物理地址0×4000000之后的内存就打不开了。

    显然,内核地址空之间的所有0xc0000000~0xfffffff都不能用于简单的地址映射。所以在x86架构中,内核地址空分为三个部分:ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM。ZONE_HIGHMEM是高端内存,这是高端内存定义的由来。


    在x86架构中,三种类型的区域(从3G开始计算)如下:

    ZONE_DMA内存开头16MB

    ZONE_NORMAL16MB~896MB

    zone_highmeme896MB~end(2GB)

    2.掌握

    前面大家都描述了高端内存的起源。Linux内核地址空分为三个部分:ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM,高端内存地址空范围从0xf800000到0xffffffff(896MB到1024MB)。那么如果内核是,那么128MB的高端内存地址空,如何访问所有的物理内存

    当内核要访问物理地址高于896MB的内存时,从0xF8000000~0xFFFFFFFF地址范围内,找一段相对规范空的空闲心智逻辑地址空,应用一段时间。用这段思维逻辑地址空构建一个物理内存映射到你要访问的那段(即填充内核PTE网页的页表),暂时使用,用完后再偿还。那样的话,别人也可以使用这个地址空访问其他物理内存,完成使用一个相对有限的地址空访问所有物理内存。如下图。

    举个例子,如果内核要在2G开头访问一个1MB的物理内存,物理地址范围是0×80000000~0x800FFFFF。访问前先找一个1MB的备用地址空空,假设要找的备用地址空是0xF8700000~0xF87FFFFF,把1MB的逻辑地址空映射到物理上。映射关系如下:

    思维逻辑地址 物理内存地址 0xf8700000 0×80000000 0xf8700001 0×80000001 0xf8700002 0×80000002 …… …… 0xf87fffff 0x800fffff

    当内核访问0×80000000~0x800FFFFF物理内存时,释放内核线型空0xf8700000~0xf87fffff。其他全进程或数也可以使用0xF8700000~0xF87FFFFF访问其他物理内存。

    从上面的描述中,我们可以抓住高端内存最基本的意识:借用一段地址空,建立一个临时地址映射,用完后释放,这样才能保证这段地址空可以回收,访问所有物理内存。

    看到这里,有人不禁要问:如果有一整个内核进程或者一个模块一直占用着一个thinking空的逻辑地址,没有释放出来怎么办?如果出现这种情况,内核的高端内存地址空会越来越不安。如果全部被占用,没有释放,不映射到物理内存就打不开。

    3.划分

    内核高端内存分为三部分:VMALLOC_START~VMALLOC_END、KMAP_BASE~FIXADDR_START和FIXADDR_START~4g。


    对于高端内存,可以根据alloc_page()或者其他函数获取页面,但是如果要访问实际的物理内存,就要把页面改成线性地址(为什么?想想MMU是怎么访问物理内存的),也就是说,我们必须给高端内存的page找一个线性空的空间。这整个过程被称为高端内存映射。

    高端内存的映射方式有三种:
    映射到“非连续内存分配”
    ,这个比较简单,因为根据vmalloc(),在“内核动态映射空”竞价内存的情况下,很有可能从高端内存(查询vmalloc)获取网页,所以高端内存可能映射到“内核动态映射空”。

    永久内核映射
    如果根据alloc_page()获取高端内存的页面,如何为其找一个linetype空?
    所以内核技术专业空创建了一条从PKMAP_BASE到FIXADDR_START的线空,用来映射高端内存。在2.6内核上,这个地址范围是4g-8M到4g-4M的中间。这个空叫做“内核永久映射空或者“永久内核映射空”。这个空房间使用与其他空房间相同的页面目录表。对于内核,它是swapper_pg_dir。对于一般全流程来说,按照CR3存储是有偏的。一般这个空房间是4M,所以只需要一个页表,内核会根据pkmap_page_table寻找这个页表。根据kmap(),你可以映射一个页面到这个空房间。由于这个空空间为4M,最多可以映射1024页。所以对于没有使用的页面,要从这个空空间释放(也就是清除映射关系),根据kunmap(),可以从这个空空间释放一个页面的线性地址。

    临时内核映射
    内核为了不同的规定,在FIXADDR_START到FIXADDR_TOP中间存储了一些线型空。这个空房间叫做“固定映射空房间”。这个空房间的一部分是用来临时映射高端内存的。

    这些空房间具有以下特征:
    (1)每个CPU占用一个空房间
    (2)每个CPU占用的这个空房间被分成许多小的空房间,并且

    如果要进行临时映射,必须有特殊的映射目的。根据映射目的,可以找到匹配的小空房间,然后将这个空房间的地址作为映射地址。这意味着临时映射将导致之前的映射变得模糊。可以根据kmap_atomic()进行临时映射。

    三.其他

    1。客户空房间(全程)是否有高端内存的定义?

    客户全流程没有高端内存的定义。只有内核空有高端内存。最好的客户可以全程访问3G物理内存,而内核可以全程访问所有物理内存。

    2、64位内核有高端内存吗?

    目前64位Linux内核不容易有高端内存,因为64位内核可以使用512GB以上的内存。如果机器安装的物理内存超过内核地址空的范围,就会出现高端内存。

    3。客户在整个过程中可以访问多少物理内存?内核号可以访问多少物理内存?

    32位系统客户可以全程访问3GB,内核号可以访问所有物理内存。

    64位系统客户全程可访问512GB以上,内核号可访问所有物理内存。

    4。高端内存与物理地址、思维逻辑地址、线性地址的关系?

    高端内存只和思维的逻辑地址有关,和思维的逻辑地址和物理地址没有直接关系。

    以上是Linux的客户空和内核空之间细节的详细描述。请关注龙族互联网科技的相关文章!

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