dmesg 中的虚拟内核内存布局意味着什么？

Question

在浏览“dmesg 输出”时，我可以看到一个我无法正确理解的值列表。

Memory: 2047804k/2086248k available (3179k kernel code, 37232k reserved, 1935k data, 436k init, 1176944k highmem)
virtual kernel memory layout:
    fixmap  : 0xffc57000 - 0xfffff000   (3744 kB)
    pkmap   : 0xff800000 - 0xffa00000   (2048 kB)
    vmalloc : 0xf7ffe000 - 0xff7fe000   ( 120 MB)
    lowmem  : 0xc0000000 - 0xf77fe000   ( 887 MB)
      .init : 0xc0906000 - 0xc0973000   ( 436 kB)
      .data : 0xc071ae6a - 0xc08feb78   (1935 kB)
      .text : 0xc0400000 - 0xc071ae6a   (3179 kB)

从值中我了解到我有 2GB RAM（物理内存）。但其余的事情对我来说似乎是魔术数字。

我想简要了解每个（fixmap、pkmap 等）（如果有更多疑问，我会将每个作为单独的问题发布）？

有人可以向我解释一下吗？

Answer 1

首先，32 位系统具有0xffffffff( 4'294'967'295) 线性地址来访问 RAM 上的物理位置。
内核将这些地址划分为用户空间和内核空间。

用户空间（高端内存）可以被用户访问，必要时也可以被内核访问。
十六进制和十进制表示法的地址范围：

0x00000000 - 0xbfffffff
0 - 3'221'225'471

内核空间（低内存）只能由内核访问。
十六进制和十进制表示法的地址范围：

0xc0000000 - 0xffffffff
3'221'225'472 - 4'294'967'295

像这样：

0x00000000             0xc0000000  0xffffffff 
    |                        |          |
    +------------------------+----------+
    |  User                  |  Kernel  |
    |  space                 |  space   |
    +------------------------+----------+

因此，您看到的内存布局dmesg对应于内核空间中线性地址的映射。

首先是 .text、.data 和 .init 序列，它们提供内核自己的页表的初始化（将线性转换为物理地址）。

.text : 0xc0400000 - 0xc071ae6a   (3179 kB)

内核代码所在的范围。

.data : 0xc071ae6a - 0xc08feb78   (1935 kB)

内核数据段所在的范围。

.init : 0xc0906000 - 0xc0973000   ( 436 kB)

内核初始页表所在的范围。

（对于某些动态数据结构，还有另外 128 kB。）

这个最小的地址空间刚好足以在 RAM 中安装内核并初始化其核心数据结构。

它们使用的大小显示在括号内，以内核代码为例：

0xc071ae6a - 0xc0400000 = 31AE6A

以十进制表示法，即3'255'914(3179 kB)。

二、初始化后内核空间的使用情况

lowmem  : 0xc0000000 - 0xf77fe000   ( 887 MB)

内核可以使用 lowmem 范围直接访问物理地址。
这不是完整的 1 GB，因为内核总是需要至少 128 MB 的线性地址来实现非连续内存分配和固定映射线性地址。

vmalloc : 0xf7ffe000 - 0xff7fe000   ( 120 MB)

虚拟内存分配可以基于非连续方案分配页框。这种模式的主要优点是避免外部碎片，这用于交换区域、内核模块或向某些 I/O 设备分配缓冲区。

pkmap   : 0xff800000 - 0xffa00000   (2048 kB)

永久内核映射允许内核建立高内存页帧到内核地址空间的持久映射。当使用 kmap() 映射 HIGHMEM 页时，将从此处分配虚拟地址。

fixmap  : 0xffc57000 - 0xfffff000   (3744 kB)

这些是固定映射的线性地址，可以引用 RAM 中的任何物理地址，而不仅仅是像 lowmem 地址那样的最后 1 GB。Fix-mapped 线性地址比他们的 lowmem 和 pkmap 同事更有效。为固定映射分配了专用的页表描述符，使用 kmap_atomic 的 HIGHMEM 页的映射从这里分配。

如果你想更深入地研究这个兔子洞：
了解 Linux 内核