什么数据结构使用128MB的1GB Linux内核空间？

Question

几乎所有关于Linux内核中HIGHMEM的书籍和文章，他们都说在使用3：1分割时，并不是所有的1GB都可用于内核映射。通常它的大小为896MB左右，其余部分用于内核数据结构，内存映射，页表等。

我的问题是，这些数据结构究竟是什么？页表通常通过页表地址寄存器访问，对吧？并且页表的基地址通常被存储为物理地址。现在为什么需要为整个表保留一个虚拟地址空间？

同样，我读了关于占用空间的内核代码本身。这与虚拟地址空间有什么关系？这不是用于存储代码的物理内存吗？

最后，这些数据结构，为什么他们要保留128MB的空间？为什么不能按照需要在整个1GB地址空间中使用它们，就像内核中的任何其他正常数据结构一样？

我已经通过LDD3专业Linux内核架构和几个帖子在这里堆栈溢出（如：Why Linux Kernel ZONE_NORMAL is limited to 896 MB?）和一个较旧的LWN article，但没有找到相同的具体信息。

Answer 1

至于页表，这是真的，如果页面表本身的虚拟地址空间没有映射的MMU根本不会在乎 - 为地址转换的目的，这将是确定。但是当内核需要修改页表时，他们需要在虚拟地址空间中映射它们 - 并且内核不能仅仅在“及时”映射它们，因为它需要自己修改页表要做到这一点。这是一个鸡与鸡蛋的问题，这意味着页表需要始终保持映射。

内核代码存在类似的问题。对于要执行的代码，它必须映射到虚拟地址空间中 - 如果执行页表修改的代码本身不存在，那么我们会遇到类似的鸡与蛋问题。考虑到这一点，将内核代码的全部内容随时映射，以及内核模式堆栈和任何内核数据结构通过代码进行访问会更容易，因为您不希望发生页面错误。这种数据结构的一个大例子是代表每个物理内存页面的struct page结构数组。

Answer 2

128MB的储备是不针对特定的数据结构，即总是使用它。
它是虚拟内存，为各种用户保留，可能会使用它。通常情况下，并未全部使用。

关于物理和虚拟内存：每次分配需要三样东西 - 一个物理页面，一个页面当前虚拟和映射连接两个。 Linux几乎不会直接使用物理地址，它总是通过虚拟地址转换。
对于大多数内核内存分配（称为lowmem），这种转换非常简单 - 从虚拟地址中减去一些常量以获得物理内存。但是，仍然使用虚拟地址。

即使在最大的机器上，当虚拟内存空间（4GB）比物理内存大得多 时，也会编写Linux内存管理。在这种情况下，浪费虚拟地址不是问题。今天，当物理内存很大时，这会导致效率低下和问题。

的vmalloc虚拟地址范围是由vmalloc任何呼叫者使用。例如：
1.加载内核驱动程序（使用modprobe或insmod）。
2.内核模块通常与vmalloc一起分配。替代函数kmalloc曾经被限制为128K，并且其大小达到2的幂，所以vmalloc通常是大分配的首选。