一，線性映射與非線性映射

1.???????內存管理

物理內存管理：

Linux內存最小管理單位為頁（page），通常一頁為4K。初始化時，linux會為每個物理內存也建立一個page的管理結構，操作物理內存時實際上就是操作page頁。某些設備會映射在物理內存地址外，這些地址會在使用時建立page結構。

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進程內存管理：

Linux進程通過vma進行管理，每個進程都有一個task_struct結構體進行維護，其中的mm_struct結構體管理這進程的所有內存。Mm_struct中維護者一個vma鏈表，其中的每一個vma節點對應著一段連續的進程內存。這里的連續是指在進程空間中連續，物理空間中不一定連續。如果使用malloc等申請一段內存，則內核會給進程增加vma節點。

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2.???????為何內核與進程空間不重合

進程：0~3G

內核：3G~4G

進程與內核合起來使用了4G的地址空間，而不是各自使用4G空間，獲得的好處是進程進入內核是不需要切換頁表，降低了進出內核的消耗。

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在2.6內核中，所有進程的內核空間（3G~4G）都是共享的。

Linux啟動后，第一個進程是init進程，它的頁表與內核頁表是一致的，系統中的其他所有進程都是init進程的兒子或后代。Linux中進程創建通過fork()實現，子進程的PGD與PTE是父進程的拷貝此時會把內核進程的頁表拷貝到每個進程中。在各個進程的運行過程中，他們的頁表可能會發生變化，比如發生缺頁異常。如果是進程頁表發生改變，則只要改變進程的頁表項（0G~3G）就夠了，如果是內核頁表發生變化，則必須通知到所有進程改變各自維護的一份內核頁表（3G~4G）。最簡單的方法是每次內核頁表改變后，遍歷所有進程去改變他們維護的內核頁表，顯然效率很低。Linux內核通過page fault機制實現內核頁表的一致。內核頁表改變時，只改變init進程的內核頁表。當進程訪問該頁時，會發生一個缺頁異常，異常處理中通過init進程更新當前進程的內核頁表。

3.???????非線性區域

非線性區與線性區是內核地址空間中的概念。

對于非線性區存在，可以做如下的解釋。

Linux物理內存空間分為DMA內存區（DMA Zone）、低端內存區（Normal Zone）與高端內存區（Highmem Zone）三部分。DMA Zone通常很小，只有幾十M。低端內存區與高端內存區的劃分源于linux內核空間大小的限制。

Linux內核只有1G的空間，通常內核把物理內存與其地址空間做了線性映射，也就是一一映，這樣可以提高內存訪問速度。

當內存超過1G時，線性訪問機制就不夠用了，只能有1G的內存可以被映射，剩余的內存無法被內核使用。當然無法忍受。

為了解決這一問題，linux把內核分為線性區與非線性區兩部分。線性區規定最大為896M，剩下的為非線性區。與線性區不同，非線性區不會提前進行內存映射，而是在使用時動態映射。線性區映射的物理內存成為低端內存，剩下的內存被稱為高端內存。

假設物理內存為2G，則地段的896M為低端內存，通過線性映射給內核使用。其他的1128M內存為高端內存，可以被內核的非線性區使用。由于要使用128M非線性區來管理超過1G的高端內存，所以通常都不會映射，只有使用時才使kmap映射，使用完后要盡快用kunmap釋放。

使用128M管理1G的內存是不是有點小馬拉大車的感覺？其實不會，因為高端內存的大部分要進程使用。

對于物理內存為1G的內核，系統不會真的分配896M給線性空間，896M最大限制。下面是一個1.5G物理內存linux系統的真實分配情況，只有721M分配給了低端內存區，如果是1G的linxu系統，分配的就更少了。

MemTotal???1547MB

HighTotal?????825MB

LowTotal?????721MB

申請高端內存時，如果高端內存不夠了，linux也會去低端內存區申請，反之則不行。

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4.???????linux管理之外的物理地址空間（other Addr）

理論上，32位系統可管理的物理地址空間為4G。x86架構多一些io空間。計算機系統中的每個設備都是要占用一定的物理地址空間的，如PCI設備，所以不會把4G都給內存，這也意味著32位系統無法支持4G內存。

對于這部分物理內存之外的物理地址空間，這段空間不知道應該怎么稱呼，這里暫時稱為Device Zone。

由于Device Zone沒有被linux管理，也就不會為它建立page結構來管理，因此linux中使用該段內存時都是直接使用其物理地址，而使用物理內存則是通過向linux申請free page來實現。同樣道理，這塊肯定也不會映射到線性區，而是使用ioremap映射到非線性區域，或直接用mmap映射到進程空間

http://blog.chinaunix.net/uid-20528014-id-314322.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux地址映射--线性映射与非线性映射的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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