linux内核空间和用户空间

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1、Linux操作系统和驱动程序运行在内核空间，应用程序运行在用户空间，两者不能简单地使用指针传递数据，因为Linux使用的虚拟内存机制，用户空间的数据可能被换出，当内核空间使用用户空间指针时，对应的数据可能不在内存中。Linux内核地址映射模型x86CPU采用了段页式地址映射模型。进程代码中的地址为逻辑地址，经过段页式地址映射后，才真正访问物理内存。段页式机制如下图。 Linux内核地址空间划分通常32位Linux内核地址空间划分0~3G为用户空间，3~4G为内核空间。注意这里是32位内核地址空间划分，64位内核地址空间划分是不同的。 Linux内核高端

2、内存的由来当内核模块代码或线程访问内存时，代码中的内存地址都为逻辑地址，而对应到真正的物理内存地址，需要地址一对一的映射，如逻辑地址0xc0000003对应的物理地址为0×3，0xc0000004对应的物理地址为0×4，……，逻辑地址与物理地址对应的关系为物理地址=逻辑地址–0xC0000000逻辑地址物理内存地址0xc00000000×00xc00000010×10xc00000020×20xc00000030×3……0xe00000000×20000000……0xffffffff0×40000000??假设按照上述简单的地址映射关系，那么内核逻辑地

3、址空间访问为0xc0000000~0xffffffff，那么对应的物理内存范围就为0×0~0×40000000，即只能访问1G物理内存。若机器中安装8G物理内存，那么内核就只能访问前1G物理内存，后面7G物理内存将会无法访问，因为内核的地址空间已经全部映射到物理内存地址范围0×0~0×40000000。即使安装了8G物理内存，那么物理地址为0×40000001的内存，内核该怎么去访问呢？代码中必须要有内存逻辑地址的，0xc0000000~0xffffffff的地址空间已经被用完了，所以无法访问物理地址0×40000000以后的内存。显然不能将内核地址空

4、间0xc0000000~0xfffffff全部用来简单的地址映射。因此x86架构中将内核地址空间划分三部分：ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM。ZONE_HIGHMEM即为高端内存，这就是内存高端内存概念的由来。在x86结构中，三种类型的区域如下：ZONE_DMA       内存开始的16MBZONE_NORMAL    16MB~896MBZONE_HIGHMEM    896MB~结束 Linux内核高端内存的理解前面我们解释了高端内存的由来。Linux将内核地址空间划分为三部分ZONE_DMA、ZONE_NORM

5、AL和ZONE_HIGHMEM，高端内存HIGH_MEM地址空间范围为0xF8000000~0xFFFFFFFF（896MB～1024MB）。那么如内核是如何借助128MB高端内存地址空间是如何实现访问可以所有物理内存？当内核想访问高于896MB物理地址内存时，从0xF8000000~0xFFFFFFFF地址空间范围内找一段相应大小空闲的逻辑地址空间，借用一会。借用这段逻辑地址空间，建立映射到想访问的那段物理内存（即填充内核PTE页面表），临时用一会，用完后归还。这样别人也可以借用这段地址空间访问其他物理内存，实现了使用有限的地址空间，访问所有所有物理

6、内存。如下图。例如内核想访问2G开始的一段大小为1MB的物理内存，即物理地址范围为0×80000000~0x800FFFFF。访问之前先找到一段1MB大小的空闲地址空间，假设找到的空闲地址空间为0xF8700000~0xF87FFFFF，用这1MB的逻辑地址空间映射到物理地址空间0×80000000~0x800FFFFF的内存。映射关系如下：逻辑地址物理内存地址0xF87000000×800000000xF87000010×800000010xF87000020×80000002……0xF87FFFFF0x800FFFFF当内核访问完0×8000000

7、0~0x800FFFFF物理内存后，就将0xF8700000~0xF87FFFFF内核线性空间释放。这样其他进程或代码也可以使用0xF8700000~0xF87FFFFF这段地址访问其他物理内存。从上面的描述，我们可以知道高端内存的最基本思想：借一段地址空间，建立临时地址映射，用完后释放，达到这段地址空间可以循环使用，访问所有物理内存。看到这里，不禁有人会问：万一有内核进程或模块一直占用某段逻辑地址空间不释放，怎么办？若真的出现的这种情况，则内核的高端内存地址空间越来越紧张，若都被占用不释放，则没有建立映射到物理内存都无法访问了。在香港尖沙咀有些写字楼

8、，洗手间很少且有门锁的。客户要去洗手间的话，可以向前台拿钥匙，方便完后，把钥匙归还到前台。这样