扩展 (4MB) 和常规 (4KB) 分页如何共存？

Question

在 x86 架构上，“扩展分页”允许页框（物理内存）为 4 MB 而不是 4 KB。

“Understanding the Linux Kernel, 3rd”一书第2章“Memory Addressing”，子章“Paging in Linux”，“Kernel Page Tables”部分，解释了当RAM大小小于896 MB时的最终内核页表：

[...] 内核可以通过使用大页来寻址 RAM（参见本章前面的“扩展分页”部分）。

但是，在“扩展分页”部分（“硬件分页”子章节）中，它是这样写的：

扩展分页与常规分页共存。

我实际上不知道扩展和常规分页是如何共存的。请有人解释这些问题：

• 在哪些情况下内核使用 4 MB 页面？或 4 KB 页面？
• kmalloc 操作将使用哪种页框大小？对于 vmalloc？
• 如果我们假设初始代码和数据（内核段、临时页表和 128 KB 用于动态数据）适合前 8 MB 的 RAM（如书中给出的示例），如果实际代码量和数据只有 5MB：内核会浪费 8 - 5 = 3 MB 吗？

Answer 1

1. 内核在什么情况下使用 4 MB 页？或者 4 KB 页面？

应用程序可以申请大页，内核不会确定页大小，除非将PAGE_SIZE编译到内核源代码中。使用 mmap 标志可以确定应用程序源代码中的页面大小。

2. kmalloc 操作将使用哪个页框大小？对于vmalloc？

kmalloc使用Linux内核中的默认页大小，即内核中的PAGE_SIZE，它是编译或运行时确定的。vmalloc 也一样。

3. 如果我们假设初始代码和数据（内核的段、临时页表和 128 KB 的动态数据）适合前 8 MB RAM（如本书给出的示例），那么如果实际的数量会怎样呢？代码和数据只有 5MB：内核会浪费 8 - 5 = 3 MB 吗？

浪费内存的大小由PAGE_SIZE和数据决定，如果页面大小为4MB，数据为5MB，则浪费的内存大小将为(PAGE_SIZE*N) - 5MB= 3MB。