什麼數據結構使用128MB的1GB Linux內核空間？

Question

幾乎所有關於Linux內核中HIGHMEM的書籍和文章，他們都說在使用3：1分割時，並不是所有的1GB都可用於內核映射。通常它的大小爲896MB左右，其餘部分用於內核數據結構，內存映射，頁表等。

我的問題是，這些數據結構究竟是什麼？頁表通常通過頁表地址寄存器訪問，對吧？並且頁表的基地址通常被存儲爲物理地址。現在爲什麼需要爲整個表保留一個虛擬地址空間？

同樣，我讀了關於佔用空間的內核代碼本身。這與虛擬地址空間有什麼關係？這不是用於存儲代碼的物理內存嗎？

最後，這些數據結構，爲什麼他們要保留128MB的空間？爲什麼不能按照需要在整個1GB地址空間中使用它們，就像內核中的任何其他正常數據結構一樣？

我已經通過LDD3專業Linux內核架構和幾個帖子在這裏堆棧溢出（如：Why Linux Kernel ZONE_NORMAL is limited to 896 MB?）和一個較舊的LWN article，但沒有找到相同的具體信息。

Answer 1

至於頁表，這是真的，如果頁面表本身的虛擬地址空間沒有映射的MMU根本不會在乎 - 爲地址轉換的目的，這將是確定。但是當內核需要修改頁表時，他們需要在虛擬地址空間中映射它們 - 並且內核不能僅僅在「及時」映射它們，因爲它需要自己修改頁表要做到這一點。這是一個雞與雞蛋的問題，這意味着頁表需要始終保持映射。

內核代碼存在類似的問題。對於要執行的代碼，它必須映射到虛擬地址空間中 - 如果執行頁表修改的代碼本身不存在，那麼我們會遇到類似的雞與蛋問題。考慮到這一點，將內核代碼的全部內容隨時映射，以及內核模式堆棧和任何內核數據結構通過代碼進行訪問會更容易，因爲您不希望發生頁面錯誤。這種數據結構的一個大例子是代表每個物理內存頁面的struct page結構數組。

Answer 2

128MB的儲備是不針對特定的數據結構，即總是使用它。
它是虛擬內存，爲各種用戶保留，可能會使用它。通常情況下，並未全部使用。

關於物理和虛擬內存：每次分配需要三樣東西 - 一個物理頁面，一個頁面當前虛擬和映射連接兩個。 Linux幾乎不會直接使用物理地址，它總是通過虛擬地址轉換。
對於大多數內核內存分配（稱爲lowmem），這種轉換非常簡單 - 從虛擬地址中減去一些常量以獲得物理內存。但是，仍然使用虛擬地址。

即使在最大的機器上，當虛擬內存空間（4GB）比物理內存大得多 時，也會編寫Linux內存管理。在這種情況下，浪費虛擬地址不是問題。今天，當物理內存很大時，這會導致效率低下和問題。

的vmalloc虛擬地址範圍是由vmalloc任何呼叫者使用。例如：
1.加載內核驅動程序（使用modprobe或insmod）。
2.內核模塊通常與vmalloc一起分配。替代函數kmalloc曾經被限制爲128K，並且其大小達到2的冪，所以vmalloc通常是大分配的首選。