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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& & 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~
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(最多只允许输入30个字)Linux 操作系统和驱动程序运行在内核空间，应用程序运行在用户空间，两者不能简单地使用指针传递数据，因为Linux使用的虚拟内存机制，用户空间的数据可能被换出，当内核空间使用用户空间指针时，对应的数据可能不在内存中。
& &Linux内核地址空间划分
通常32位Linux内核地址空间划分0~3G为用户空间，3~4G为内核空间。注意这里是32位内核地址空间划分，64位内核地址空间划分是不同的。
1、x86的物理地址空间布局：
　　物理地址空间的顶部以下一段空间，被PCI设备的I/O内存映射占据，它们的大小和布局由PCI规范所决定。640K~1M这段地址空间被BIOS和VGA适配器所占据。
　　Linux系统在初始化时，会根据实际的物理内存的大小，为每个物理页面创建一个page对象，所有的page对象构成一个mem_map数组。
进一步，针对不同的用途，Linux内核将所有的物理页面划分到3类内存管理区中，如图，分别为ZONE_DMA，ZONE_NORMAL，ZONE_HIGHMEM。
　　ZONE_DMA的范围是0~16M，该区域的物理页面专门供I/O设备的DMA使用。之所以需要单独管理DMA的物理页面，是因为DMA使用物理地址访问内存，不经过MMU，并且需要连续的缓冲区，所以为了能够提供物理上连续的缓冲区，必须从物理地址空间专门划分一段区域用于DMA。
　　ZONE_NORMAL的范围是16M~896M，该区域的物理页面是内核能够直接使用的。
　　ZONE_HIGHMEM的范围是896M~结束，该区域即为高端内存，内核不能直接使用。
2、linux虚拟地址内核空间分布
　　在kernel image下面有16M的内核空间用于DMA操作。位于内核空间高端的128M地址主要由3部分组成，分别为vmalloc area，持久化内核映射区，临时内核映射区。
　　由于ZONE_NORMAL和内核线性空间存在直接映射关系，所以内核会将频繁使用的数据如kernel代码、GDT、IDT、PGD、mem_map数组等放在ZONE_NORMAL里。而将用户数据、页表(PT)等不常用数据放在ZONE_ HIGHMEM里，只在要访问这些数据时才建立映射关系(kmap())。比如，当内核要访问I/O设备存储空间时，就使用ioremap()将位于物理地址高端的mmio区内存映射到内核空间的vmalloc area中，在使用完之后便断开映射关系。
3、linux虚拟地址用户空间分布
　　用户进程的代码区一般从虚拟地址空间的0x开始，这是为了便于检查空指针。代码区之上便是数据区，未初始化数据区，堆区，栈区，以及参数、全局环境变量。
4、linux虚拟地址与物理地址映射的关系
　　Linux将4G的线性地址空间分为2部分，0~3G为user space，3G~4G为kernel space。
　　由于开启了分页机制，内核想要访问物理地址空间的话，必须先建立映射关系，然后通过虚拟地址来访问。为了能够访问所有的物理地址空间，就要将全部物理地址空间映射到1G的内核线性空间中，这显然不可能。于是，内核将0~896M的物理地址空间一对一映射到自己的线性地址空间中，这样它便可以随时访问ZONE_DMA和ZONE_NORMAL里的物理页面；此时内核剩下的128M线性地址空间不足以完全映射所有的ZONE_HIGHMEM，Linux采取了动态映射的方法，即按需的将ZONE_HIGHMEM里的物理页面映射到kernel space的最后128M线性地址空间里，使用完之后释放映射关系，以供其它物理页面映射。虽然这样存在效率的问题，但是内核毕竟可以正常的访问所有的物理地址空间了。
5、buddyinfo的理解
cat /proc/buddyinfo 显示如下：
Node 0, zone & & &DMA & & & 0 & & &4 & & &5 & & &4 & & &4 & & &3 ...
Node 0, zone & Normal & & &1 & & &0 & & &0 & & &1 & &101 & & 8 ...
Node 0, zone &HighMem & &2 & & &0 & & &0 & & &1 & & &1 & & & 0 ...
其中，Node表示在NUMA环境下的节点号，这里只有一个节点0；zone表示每一个节点下的区域，一般有DMA、Normal和HignMem三个区域；后面的列表示，伙伴系统中每一个order对应的空闲页面块。例如，对于zone DMA的第二列（从0开始算起），空闲页面数为5*2^4，可用内存为5*2^4*PAGE_SIZE。
计算方法就是：
& & & & & & & & & & &当前列的数字*2^列数*PAGE_SIZE 其中列数是从0开始计算的，即第一列是 当前列的数字*2^0*PAGE_SIZE
常见问题：
1、用户空间（进程）是否有高端内存概念？
用户进程没有高端内存概念。只有在内核空间才存在高端内存。用户进程最多只可以访问3G物理内存，而内核进程可以访问所有物理内存。
2、64位内核中有高端内存吗？
目前现实中，64位Linux内核不存在高端内存，因为64位内核可以支持超过512GB内存。若机器安装的物理内存超过内核地址空间范围，就会存在高端内存。
3、用户进程能访问多少物理内存？内核代码能访问多少物理内存？
32位系统用户进程最大可以访问3GB，内核代码可以访问所有物理内存。
64位系统用户进程最大可以访问超过512GB，内核代码可以访问所有物理内存。
4、高端内存和物理地址、逻辑地址、线性地址的关系？
高端内存只和逻辑地址有关系，和逻辑地址、物理地址没有直接关系。
5、为什么不把所有的地址空间都分配给内核？
若把所有地址空间都给内存，那么用户进程怎么使用内存？怎么保证内核使用内存和用户进程不起冲突？
阅读(...) 评论()linux中有mem_map数组管理物理页面，内核为什么还要将每个物理页面映射到内核线性空间？
[问题点数：20分]
linux中有mem_map数组管理物理页面，内核为什么还要将每个物理页面映射到内核线性空间？
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