百度面试题整理I——linux内核部分

  同学去百度被问到的一些面试题的整理，因为是内推并没有参加笔试。以下的面试问题仅仅针对内核，如果你是做应用的，你可能会觉得一头雾水（话说我也是刚开始看内核来着）。另外，相信我，同学被问到的问题应该算是比较深入了，因为我毕业那年找工作虽然没有去百度面试过，但是有不少同学去过，他们被问到的问题大部分停留在应用层和算法部分，所以你不一定会被问到这样的问题，但如果你是做内核的，那么你必须要知道这些东西。

   1.高端内存在线性地址中如何被映射，给出永久映射代码的例子。

    这个问题我想大部分人回答出来个大概应该不成问题，但是给出具体的代码例子，我相信就并不轻松了。

    首先由我开个头：内核可以访问所有的物理页面，也就是说内核页面的映射应该囊括所有的物理内存区，而线性地址映射的情况是内核映射1G大小的空间，另外3G大小的空间为用户地址空间。如果物理内存的大小大于1G内核如何映射呢？

    实际上，“内核映射空间”也达不到 1G， 还得留点线性空间给“内核动态映射空间”。因此，Linux 规定“内核直接映射空间” 最多映射 896M 物理内存。那么如何完成映射呢，大家可以去看linux内核的书，我的描述比较浅薄，所以部分转载，部分自己写：（强调一下，以下内容大部分为转载）

    对于高端内存，可以通过 alloc_page() 或者其它函数获得对应的 page，但是要想访问实际物理内存，还得把 page 转为线性地址才行，也就是说，我们需要为高端内存对应的 page 找一个线性空间，这个过程称为高端内存映射。

    线性地址空间 PAGE_OFFSET + 896M 至4G的最后128M线性地址  <==映射==>  896M以上的物理页框，非直接映射。有3种方法：非连续内存区映射，永久内核映射，临时内核映射（固定映射）
   从 PAGE_OFFSET开始的线性地址区域为：
   PAGE_OFFSET(3G)|物理内存映射 --8M-- vmallot区 --4K-- vmallot区 --8K-- 永久内核映射（4M）--临时内核映射（固定映射4M）|4G 

1、映射到“内核动态映射空间”
这种方式很简单，因为通过 vmalloc() ，在”内核动态映射空间“申请内存的时候，就可能从高端内存获得页面（参看 vmalloc 的实现），因此说高端内存有可能映射到”内核动态映射空间“ 中。

2、永久内核映射
如果是通过 alloc_page() 获得了高端内存对应的 page，如何给它找个线性空间？
内核专门为此留出一块线性空间，从 PKMAP_BASE 到 FIXADDR_START ，用于映射高端内存。在 2.4 内核上，这个地址范围是 4G-8M 到 4G-4M 之间。这个空间起叫“内核永久映射空间”或者“永久内核映射空间”

这个空间和其它空间使用同样的页目录表，对于内核来说，就是 swapper_pg_dir，对普通进程来说，通过 CR3 寄存器指向。

通常情况下，这个空间是 4M 大小，因此仅仅需要一个页表即可，内核通过来 pkmap_page_table 寻找这个页表。

通过 kmap()， 可以把一个 page 映射到这个空间来

由于这个空间是 4M 大小，最多能同时映射 1024 个 page。因此，对于不使用的的 page，及应该时从这个空间释放掉（也就是解除映射关系），通过 kunmap() ，可以把一个 page 对应的线性地址从这个空间释放出来。


3、临时映射

内核在 FIXADDR_START 到 FIXADDR_TOP 之间保留了一些线性空间用于特殊需求。这个空间称为“固定映射空间”

在这个空间中，有一部分用于高端内存的临时映射。

这块空间具有如下特点：

1、  每个 CPU 占用一块空间

2、  在每个 CPU 占用的那块空间中，又分为多个小空间，每个小空间大小是 1 个 page，每个小空间用于一个目的，这些目的定义在 kmap_types.h 中的 km_type 中。

 当要进行一次临时映射的时候，需要指定映射的目的，根据映射目的，可以找到对应的小空间，然后把这个空间的地址作为映射地址。这意味着一次临时映射会导致以前的映射被覆盖。

这里是总结性的描述，下一篇blog是比较详细的代码~