我对 x86 和 x64 系统上内核的虚拟地址布局有两个疑问。
据我所知，x86使用的是highmem和lowmem分离的内存布局。
如果我的理解是正确的，highmem 和 lowmem 之间的唯一区别是它是否具有 1:1 虚拟到物理地址映射。
另外，lowmem 似乎包含内核程序经常访问的代码和数据，而 highmem 包含不经常访问的页表或用户级程序数据。
但是，我无法理解x86内核分割虚拟地址空间并将经常访问的数据和代码定位到lowmem的原因。它有什么好处呢？看来无论内核内存的位置如何，都应该调用页表遍历来获取虚拟到物理的映射。如果正确的话，好像highmem和lowmem没有什么优势。
在这里，我的第一个问题是，如果 lowmem 使用 1:1 映射（即物理地址 + 常量（0x80000000）=> 内核虚拟地址），为什么 MMU 花费其时钟来遍历页表以了解虚拟到物理的映射。如果可能的话，我们可以修改MMU逻辑，使其仅从虚拟地址中减去魔术常数即可获得物理地址（如果它位于lowmem区域）。或者是否有其他原因将经常访问的数据和代码放置到 lowmem 中？为什么只有 lowmem 使用 1:1 映射......？
我的第二个问题是“lowmem和highmem内存分割机制也部署在x64 linux系统中吗？”
提前致谢
答案1
高级内存和低内存与 x86 处理器上的物理地址扩展相关。这种机制使处理器能够寻址 64GB 内存，而不是传统的 4GB。不过，由于指令集不变，寄存器和指针仍然是32位长，所以虚拟地址空间仍然限制在4GB。机器指令始终使用虚拟地址，而不是物理地址。
这样做的结果是“highmem”在被映射到可寻址区域之前根本无法直接寻址。这就是为什么只有lowmem使用1:1映射；映射到 highmem 是不可能的。
您的下一个问题是：为什么不能简化 MMU 逻辑以跳过页表并进行简单的减法来获取物理地址？ MMU 在硬件中实现，它被设计为使用页表（和 TLB）来完成其工作。不过，存在“巨大”页面，它会跳过页表中的一级，使页面大小为 4MB，而不是 x86 上的 4kB。
您的最后一个问题：x64 架构上的内存也分为 lowmem 和 highmem 吗？不。PAE 机制对于延长 x86 的使用寿命来说有点拼凑。具有更大地址空间（物理和虚拟）的 x64 不需要它。