一、内核镜像

在3GB~(3GB+896MB)这段直接/线性映射区域，包含了内核初始化页表swapper_pg_dir，内核镜像等。内核也是由一个elf文件（比如vmlinux）加载启动的，加载后也有text段，data段，bss段等。

 

二、内存分配

kmalloc和vmalloc

在虚拟内存空间的normal memory区域，内核使用kmalloc()来分配内存，kmalloc()返回的也是虚拟地址，但是分到的内存在物理地址上是连续的（因为是直接映射，在虚拟地址上自然也是连续的）。

在VMALLOC_START和VMALLOC_END之间的区域为vmolloc area，它和normal memory中有8MB的间隔。这部分间隔不作任何地址映射，相当于一个空洞，主要用做安全保护，防止不正确的越界内存访问，因为此处没有进行任何形式的映射，如果进入到空洞地带，将会触发处理器产生一个异常。

在vmolloc area中使用vmalloc()分配内存，具体的分配过程是：

1. 根据要分配的内存大小，调用get_vm_area( )，获取vmlist_lock锁以扫描vmlist链表，在vmolloc area中找到一块大小满足要求的空闲内存；
2. 调用__vmalloc_area_pages() --> alloc_page()，通过内核的buddy系统获得相应大小的物理页面，关于物理页面的分配请参考这篇文章；
3. vmalloc area中的地址映射不再是简单的3GB偏移，因此需要调用map_vm_area()，建立虚拟地址和物理页面的映射关系，并添加到内核页表中。

同kmalloc()相比，vmalloc()分配的内存只能保证在虚拟地址上连续，不能保证在物理地址上连续。在物理地址上连续有什么好处呢？

• 可以更好的根据空间局部性原理利用cache，增加数据访问的速度。
• 由于kmalloc()基于的是直接映射，其虚拟地址和物理地址之间是一个固定的偏移，因此可以利用既有的内核页表，而不需要为新的地址增加新的page table entries，因此其分配速度也比vmalloc()更快。
• 因为物理地址不连续，通过vmalloc()获得的每个page需要单独映射，而TLB资源很有限，因此这将比直接映射造成更严重的TLB thrashing问题。

有连续的物理内存和简单的直接映射关系谁不想要啊，可是如果系统运行久了，内存碎片就多起来，想要找到一块物理上连续的大块内存就越来越困难，这时就只能靠vmalloc()出马了。因为有一些应用场景是需要物理上连续的内存的（比如硬件设备），那是不是如果是没有这个要求的，就用vmalloc()就好了，把宝贵的normal area的地址资源留给那些真正需要的同志呢？

这种做法也有问题，如果大家都谦让着不用kmalloc()，那可能normal area就不能被充分利用起来。公平和效率始终是需要兼顾和平衡的，在内核的实际应用中，如果不是分配大块内存，还是推荐使用更高效的kmalloc()。

vmalloc区域

还记得上篇文章举的那个房间和钥匙的例子么，用户空间的进程通过malloc()分配内存时，获得的只是虚拟地址的使用权，要等到真正往这块内存写数据了，才会获得对应的物理页面，而且是用多少给多少，而不是要多少给多少。内核空间自己的vmalloc()就不一样了，申请的物理内存立刻满足，房间钥匙一起给，在上级单位干活就是不一样啊。

分配到的每个内存区域（以下称vmalloc区域）都用一个vm_struct结构体表示，对这个名字有没有一点眼熟？跟进程地址空间里的vm_area_struct很像是吧，事实上，它们不光是名字相似，组织方式也有类似的地方，vm_struct也是通过一个叫vmlist的单项链表串起来的。

同样都是为了描述一段内存区域，包括这段区域的地址，大小，属性等，那这里可以直接用vm_area_struct吗？可以倒是可以，但是vmalloc区域相对要简单一些，用vm_area_struct来表达就显得复杂了，所以单独有了一个vm_struct，来看下这个数据结构的定义：

二、GFP 掩码

1. GFP_ATOMIC：用来从中断处理和进程上下文之外的其他代码中分配内存。从不睡眠。可以用在具有原子性的地方，分配函数。
2. GFP_KERNEL：内核内存的正常分配。可能睡眠。在具有原子性的地方，不能用。
3. GFP_USER：用来为用户空间页来分配内存; 它可能睡眠。在具有原子性的地方，不能用。
4. GFP_NOIO、GFP_NOFS：这个标志功能如同 GFP_KERNEL, 但是它们增加限制到内核能做的来满足请求. 一个 GFP_NOFS 分配不允许进行任何文件系统调用, 而 GFP_NOIO 根本不允许任何I/O 初始化. 它们主要地用在文件系统和虚拟内存代码, 那里允许一个分配睡眠,但是递归的文件系统调用会是一个坏注意.

一般用得比较多的是GFP_KERNEL，GFP_ATOMIC。

三、V区虚拟地址与物理地址的关系

 

 动态内存映射区：动态内存映射区的起始地址要根据物理内存的大小决定，
        如果物理内存大于896m,起始地址就是0xC0000000+896,

        如果小于896M，起始地址就是0xC0000000 + 物理内存的大小

        虚拟上连续，物理上不一定连续！

低于896M的物理内存与虚拟内存在内核空间里是一一对应的，这句话是有问题的，需要分情况说。

如果总得物理内存低于896M，假设为A，对于内核中的一个地址，如果小于A那么这个地址与物理地址只差一个偏移量，如果大于A，那么肯定位于VMALLOC区。如果一个物理地址为X的页被内存使用，即使X小于896，它对应的虚拟地址也有可能不是3G+896。