高端内存的理解

 

前几天灵光一闪，外加看了篇关于高端内存的理解文章，搞懂了高端内存作用。

来谈谈高端内存的作用，仅仅是作用,原理要涉及代码（这里自己抽象个东西解释下）。

 

不考虑PAE，并且是x83_32

 

首先谈谈对于 “32位” 的一点理解。简单说来，对于32-bit os，如果你想读写内存（简单来说就是int a; a = 4），首先你要定位到你要读写的内存的具体位置，就是内存地址了，

但是这个内存地址的数值有着一些限制，就是 0x00000000~0xffffffff,这里刚好是32-bit

数据大小（0xffffffff = 2 ^ 32 - 1）。那么好了，32-bit os可以定位内存范围就是0～4GB范围内任何地址空间。

 

但是这么有限的4GB地址空间 要被划分成2个部分 即用户态地址空间 和 内核态地址空间，而如果用户太地址空间要去划分3GB（0x00000000～0xbfffffff），那么留给内核态的地址空间就只有1GB了（就是0xc0000000~0xffffffff）。

现在问题来了，内核态下如果要读写内存，那么就需要通过这有限的1GB内存地址空间去定位我们实际物理内存，然而实际物理内存大小是不确定的，而对于现在2G以上内存条漫天飞的情况，我们那1GB的内存空间就显的力不从心了。

 

为了解决这个问题该怎么办呢？

首先，我们来考虑先如果就用内核地址空间直接映射实际物理内存，那么我们就忍痛丢到超过1GB以上的所用物理内存空间，方法很简单，内核地址设为x ，实际物理内存地址设为y，

那么 y = f（x）= x - 0xc0000000， 因为x范围只有1GB， 所以y范围也是1GB。现在好了，我们只能跟高端游戏说byebye了，再大的内存条买来只能用到1GB。

+---+ 4G         +---+

 | x  |  ------+    |     |

+---+ 3G    |    +---+

 |     |          |    |     |

+---+ 2G    |    +---+

 |     |          |    |     |

+---+ 1G    |    +---+

 |     |         +-->| y  |

+---+ 0            +---+ 

 

但是，从上面分析，我们也发现了解决问题方法，就是 x 到 y 映射的函数是 f：线性映射，太过简单暴力了。那如果我们买了个2GB的内存，当我们想用到超过内存1GB以上的物理空间怎么办呢，非常好办：y = g（x）= x - 0xc0000000 + 1GB 就行了，只不过现在只能用物理内存范围是：1GB~2GB，而无法使用0~1GB。 当我们又想用0～1GB的时候该怎么办呢，很简单，我们更改映射函数g就可以了。这样改来改去，显然是会影响系统效率的，没办法想多用内存，就是需要牺牲一点效率（用时间换空间）。

+---+ 4G           +---+

 | x |  ------+      |     |

+---+ 3G    |      +---+

 |    |          |      |     |

+---+ 2G    |      +---+

 |    |          +->  |  y |

+---+ 1G            +---+

 |    |                  |     |

+---+ 0              +---+ 

 

既然大体方法找到了，具体实现起来还是有很多要考虑的，比如是否可以找到一个对于效率减小最少的映射方法呢？（这里我就不继续想下去了，直接看看内核里面怎么做的）

在linux中，地址空间映射是这样的，把0xc0000000～0xffffffff这1GB内核地址空间划分成2个部分低端的796MB + 高端的128MB，低端796MB就使用f映射，直接映射到物理内存的前796MB上，而高端128MB就用来随时变更g来映射到物理内存超过796MB的范围上，这里对应了3种映射算法：动态映射,永久内核映射，临时映射，具体实现我就不讲了。

 

说下“映射”是什么，其实就是x86的内存分页机制，我们只要通过修改分页的页表项就可达到更改 “映射” 的目的。（可以参考intel手册）

另外在调试kernel时候，如果遇到 BUG: Unable handle page request at 0x????????, 如果这里0x????????<0xc0000000 就要注意了，这里你使用的变量地址不在内核空间，定是某个地方地址用错，或者指针使用出错！

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附上一篇讲的比较贴近内核的文章，感觉我自己写的太过抽象了：

http://blog.csdn.net/littlehedgehog/archive/2008/08/19/2796669.aspx

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查看系统内存映射：

# dmesg | grep "Memory:" -n -A 8