memory-management - 什么数据结构使用 1GB Linux 内核空间中的 128MB？

Question

在我读过的几乎所有有关 Linux 内核中的 HIGHMEM 的书籍和文章中，他们都说在使用 3:1 分割时，并非所有 1GB 都可用于内核进行映射。通常为 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，这些数据结构到底是什么？页表通常是通过页表地址寄存器访问的，对吧？页表的基地址通常存储为物理地址。现在为什么需要为整个表保留虚拟地址空间？

同样，我读到了有关内核代码本身占用空间的信息。这与虚拟地址空间有什么关系？难道不是存储代码会消耗物理内存吗？

最后，这些数据结构为什么要预留128MB的空间？为什么不能像内核中任何其他普通数据结构那样根据需要在整个 1GB 地址空间中使用它们？

我已经阅读了 LDD3、Professional Linux Kernel Architecture 和 stack-overflow 上的几篇文章(例如: Why Linux Kernel ZONE_NORMAL is limited to 896 MB? )和较旧的 LWN article ，但没有找到相关的具体信息。

Answer 1

关于页表，确实，MMU 不会关心页表本身是否没有映射到虚拟地址空间中 - 出于地址转换的目的，那没关系。但是当内核需要修改页表时，它们确实需要映射到虚拟地址空间中 - 并且内核不能只是“及时”映射它们，因为它需要修改页表本身来做到这一点。这是一个先有鸡还是先有蛋的问题，这意味着页表需要始终保持映射状态。

内核代码也存在类似的问题。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，我们就会遇到类似的先有鸡还是先有蛋的问题。鉴于此，更容易始终保留整个内核代码的映射，以及内核模式堆栈和由代码访问的任何内核数据结构，您不希望可能出现页面错误。此类数据结构的一个重要示例是 struct page 结构数组，代表每个物理内存页。