从内存布局图角度看内存管理

我们知道Linux是分为两种状态 用户态和内核态，Linux内核需要跑在硬件平台上，硬件平台也有自己的状态。这里还是ARM，ARM有其中处理器的模式。

用户模式（user）：用户程序运行的模式。系统模式（system）：特权模式。一般中断模式（IRQ）：普通中断模式。快速中断模式（FIQ）：快速中断模式。管理模式（supervisor）：操作系统的内核通常运行在该模式下。数据访问终止模式（abort）：当数据或者指令预取终止时进入该模式，用于虚拟存储及存储保护。未定义指令模式（undefined）：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

Linux内核的用户态和内核态两种模式分别对应的用户模式和管理模式。

这里还是以32位，对应4GB，内核一般内核：用户按照1：3的比例分配。这也是可以修改的。

我们知道分页机制，赋予了每个进程都有寻址4GB的空间，因为每个进程都有自己的进程表。

内核空间是从3GB开始，lowmem这段空间其实就是我们常说的线性映射区。（为啥虚拟地址明明在高位却是low，继续看）所谓的线性映射区，就是物理内存线性地映射到这段内核空间的区域中。在 ARM32 平台上，物理地址［0:760MB］的这一部分内存被线性映射到［3GB ：3GB+760MB］的虚拟地址上（因为其物理地址在低位）。

线性映射区的虚拟地址和物理地址相差PAGE_OFFSET，即3GB。内核中有相关的宏来实现线性映射区的虚拟地址到物理地址的查找，例如pa（x）和va（x）。

其中，__pa（）把线性映射区的虚拟地址转换为物理地址，转换公式很简单，即用虚拟地址减去PAGE_OFFSET（3GB），然后加上PHYS_OFFSET（这个值在有的ARM平台上为0，在ARM Vexpress平台上为0x6000_0000）。

物理内存被分成了两部分，低端的部分用在线性映射区，线性映射区就是这里的“lowmem”区域。剩下的高端部分的物理内存被称为高端内存（High Memory），内核要使用它，必须通过高端映射的方式来访问。

内核通常把低于760MB的物理内存称为线性映射内存（Normal Memory），而高于760MB以上的称为高端内存。 （这个高端是针对内核内存来说，780到1G）

这个分给内核的1G分成了高端和线性。

高端780到1G是干啥呢？剩下的264MB虚拟地址空间是保留给vmalloc机制、fixmap和高端异常向量表等使用的。内核很多驱动使用vmalloc机制来分配连续虚拟地址的内存，因为有的驱动不需要连续物理地址的内存；除此以外，vmalloc机制还可以用于高端内存的临时映射。一个32位的系统中，实际支持的内存数量会超过内核线性映射的长度，但是内核要具有对所有内存的寻找能力。

（这里我想的是虽然在内核，但是我内核还是要对整个内存有个控制能力，这里就是体现，在vmalloc机制就可以干这个：个人看法，有纠正的大佬在评论区告诉小的一下）

编译器在编译目标文件并且链接完成之后，就可以知道内核映像文件最终的大小，接下来将其打包成二进制文件，该操作由arch/arm/kernel/vmlinux.ld.S 控制，其中也划定了内核的内存布局。

内核image本身占据的内存空间从_text段到_end段，并分为如下几个段。text段：_text和_etext为代码段的起始和结束地址，包含了编译后的内核代码。init段：init_begin和init_end为init段的起始和结束地址，包含了大部分内核模块初始化的数据。data段：_sdata和_edata为数据段的起始和结束地址，保存大部分内核的已初始化的变量。BSS段：bss_start和bss_stop为BSS段的开始和结束地址，包含初始化为0的所有静态全局变量。

上述几个段的大小在编译链接时根据内核配置来确定，因为每种配置的代码段和数据段长度都不相同，这取决于要编译哪些内核模块，但是起始地址_text 总是相同的。内核编译完成之后，会生成一个System.map文件，查询这个文件可以找到这些符号的具体数值。