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2010-03-23 17:45:49


内核空间和用户空间


Linux的虚拟地址空间为04GLinux内核将这4G字节的空间分为两部分。将最高的1G字节(从虚拟地址0xC00000000xFFFFFFFF),供内核使用,称为“内核空间”。而将较低的3G字节(从虚拟地址0x000000000xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为“用户空间)。因为每个进程可以通过系统调用进入内核,因此,Linux内核由系统内的所有进程共享。于是,从具体进程的角度来看,每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。

Linux使用两级保护机制:0级供内核使用,3级供用户程序使用。每个进程有各自的私有用户空间(03G),这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB字节虚拟内核空间则为所有进程以及内核所共享。

虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节,但映射到物理内存却总是从最低地址(0x00000000)开始。对内核空间来说,其地址映射是很简单的线性映射,0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量,在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET

     我们把内核的代码和数据就叫内核映像(kernel image)。当系统启动时,Linux内核映像被安装在物理地址0x00100000开始的地方,即1MB开始的区间(1M留作它用)。然而,在正常运行时, 整个内核映像应该在虚拟内核空间中,因此,连接程序在连接内核映像时,在所有的符号地址上加一个偏移量PAGE_OFFSET,这样,内核映像在内核空间的起始地址就为0xC0100000

例如,进程的页目录PGD(属于内核数据结构)就处于内核空间中。在进程切换时,要将寄存器CR3设置成指向新进程的页目录PGD,而该目录的起始地址在内核空间中是虚地址,但CR3所需要的是物理地址,这时候就要用__pa()进行地址转换。在mm_context.h中就有这么一行语句:

asm volatile(“movl %0,%%cr3”: :”r” (__pa(next->pgd));

这是一行嵌入式汇编代码,其含义是将下一个进程的页目录起始地址next_pgd,通过__pa()转换成物理地址,存放在某个寄存器中,然后用mov指令将其写入CR3寄存器中。经过这行语句的处理,CR3就指向新进程next的页目录表PGD了。


./include/asm-x86/Page_32.h



/*
 * This handles the memory map.
 *
 * A __PAGE_OFFSET of 0xC0000000 means that the kernel has
 * a virtual address space of one gigabyte, which limits the
 * amount of physical memory you can use to about 950MB.
 *
 * If you want more physical memory than this then see the CONFIG_HIGHMEM4G
 * and CONFIG_HIGHMEM64G options in the kernel configuration.
 */

#define __PAGE_OFFSET _AC(CONFIG_PAGE_OFFSET, UL)


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