内核不能直接访问896MB以上的物理地址。怎么回事？

freesky64

在看讲Linux内核的书，但是遇到个问题，想不通，问问大家。谢谢。

书上说，高于896MB的物理存储器被划分为Zone_Highmem区，其中包含的存储器页不能由内核直接访问。但是32的机器能够访问的物理内存不是应该是4G吗？

哪位大哥能解释一下吗？谢谢！

daemeon

3G分给了用户空间， 还剩1G留给内核。
这1G不能全用来印射物理内存，要留一些给highmem, vmalloc, ioremap, 所以就只有896M了

rickxbx

Post by daemeon
3G分给了用户空间， 还剩1G留给内核。
这1G不能全用来印射物理内存，要留一些给highmem, vmalloc, ioremap, 所以就只有896M了

说说高于896M的空间是怎么用的吧?

freesky64

谢谢daemeon的解释，不过还是有点不解。

我把在《深入理解Linux内核》存储器管理区那一页先抄下来，再说说我的不理解的地方。

在一个理想的计算机体系结构中，一个页框就是一个存储器存储单元，可用于任何事情：存放内核数据和用户数据、缓存磁盘数据等等。任何种类的数据页都可以存放在任何页框中，没有什么限制。

但是，实际的计算机体系结构有硬件的制约，这限制了页框可以使用的方式。尤其是，Linux内核必须处理80x86体系结构的两种硬件约束：

ISA总线的直接存储器（DMA）处理器有一个严格的限制：它们只能对RAM的前16MB寻址。

在具有大容量RAM的现代32位计算机中，CPU不能直接访问所有的物理存储器，因为线形地址空间太小。

为了应付这两种限制，Linux把物理存储器划分为三个管理区（zone）：

ZONE_DMA：包含低于16MB的存储器页

ZONE_NORMAL：包含高于16MB且低于896MB的存储器页

ZONE_HIGHMEM：包含高于896MB的存储器页

ZONE_DMA区包含的页可以由老式基于ISA的设备通过DMA使用。

ZONE_DMA和ZONE_NORMAL和区包含的存储器的“常规”页，通过把它们线性地映射到线性地址空间的第4个GB，内核就可以直接进行访问。相反，包含的存储器页不能由内核直接访问，但它们也线性映射到了线性地址空间的第4个GB。在64位体系结构上没有使用在64位体系结构上没有使用ZONE_NORMAL。

(第二版 p226)

Post by daemeon
3G分给了用户空间， 还剩1G留给内核。
这1G不能全用来印射物理内存，要留一些给highmem, vmalloc, ioremap, 所以就只有896M了

你说的这个好像是线性地址空间的划分吧，把第4个GB的线性空间划分给了内核。但是“存储器管理区”说的好像是对物理内存页框的管理问题。
我不理解的是，为什么内核不能访问高于896MB以上的物理内存，我想象中的却是32条地址线，应该可以访问4GB物理内存中的任何地方。

rickxbx

Post by freesky64

我不理解的是，为什么内核不能访问高于896MB以上的物理内存，我想象中的却是32条地址线，应该可以访问4GB物理内存中的任何地方。

如果没有highmem,事实上只能访问小于1G的物理空间,因为内核空间3--4G是与物理空间0--1G直接映射的,而内核只有1G的空间,所以也只能映射一个G的物理空间.

daemeon

<<Understanding the Linux Virtual Memory Manager>>里的插图

freesky64

daemeon,对不起,我觉得是不是你对我的问题理解错了.

这个896MB的"高端内存"问题,应该是内核对物理内存管理、使用的问题,而不是线性地址空间(虚拟地址)划分的问题吧?

刚才由查了查《Linux内核设计与实现》这本书谈及此的部分，其中说：“ZONE_HIGHMEM这个区包含‘高端内存’，其中的页并不能永久地映射到内核地址空间”。这也表明说的是“高端内存”（物理内存）不能直接被Linux内核使用的。

而不是分给内核使用的3~4G的那1G虚拟地址空间只能使用其中的896MB问题呀，而是物理内存的使用问题吧？！

freesky64

Post by rickxbx

如果没有highmem,事实上只能访问小于1G的物理空间,因为内核空间3--4G是与物理空间0--1G直接映射的,而内核只有1G的空间,所以也只能映射一个G的物理空间.

0~1G的物理空间直接与内核空间的3~4G线性地址空间映射，用户程序内存映射到哪儿去了？

如果小于1G范围内的物理内存有600MB被映射给了用户程序，那么小于1G的物理内存实际映射给内核的最多也只有424MB，内核还有600M的线性空间可以被映射啊，这一部分难道不能被映射到大于1G的物理内存上去？

还有896MB的限制是只针对内核吗？用户程序的线性空间可以直接映射到〉896MB范围的物理内存吗？

daemeon

虚拟地址划分于内存管理是有联系的哦!

freesky64

Post by daemeon
虚拟地址划分于内存管理是有联系的哦!

可以略作解释吗？