在之前的文章《CPU是如何访问内存的?》中，我们知道了CPU是如何访问内存的。在这篇文章中，我们将讨论虚拟地址空间和物理地址空间之间的映射。通常32位Linux内核地址空间分为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，和64位内核地址空间划分不同。我们以X86为例。物理地址空间布局物理地址空间顶部以下的空间被PCI设备的I/O内存映射占用。它们的大小和布局由PCI规范决定。BIOS和VGA适配器占用了640K~1M的地址空间。Linux系统初始化时，会根据实际物理内存的大小，为每个物理页创建一个页对象，所有页对象组成一个mem_map数组。更进一步，Linux内核为了不同的用途，将所有的物理页划分为三种内存管理区，如图所示，分别是：ZONE_DMA：范围为0~16M，该区域的物理页专门用于I/O设备使用的DMA。之所以需要单独管理DMA的物理页，是因为DMA使用物理地址访问内存，不经过MMU，需要连续的缓冲区。因此，为了提供物理上连续的缓冲区，必须专门划分一段物理地址空间。对于DMA。ZONE_NORMAL：范围为16M~896M，内核可以直接使用该区域的物理页。ZONE_HIGHMEM：范围为896M~end，该区域为高端内存，内核不能直接使用。linux虚拟地址内核空间分布在内核映像下，有16M内核空间用于DMA操作。内核空间高端的128M地址主要由3部分组成，分别是vmalloc区、持久内核映射区、临时内核映射区。由于ZONE_NORMAL与内核线性空间存在直接映射关系，内核会将内核代码、GDT、IDT、PGD、mem_map数组等经常使用的数据放在ZONE_NORMAL中。将用户数据、页表（PT）等不常用的数据放在ZONE_HIGHMEM中，只有在访问这些数据时才建立映射关系（kmap()）。例如，当内核要访问I/O设备存储空间时，使用ioremap()将物理地址高端的mmio区域内存映射到内核空间的vmalloc区域，并断开使用后的映射关系。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中的0x08048000开始，这是为了方便检查空指针。代码区上面是数据区、未初始化数据区、堆区、栈区，还有参数和全局环境变量。linux虚拟地址与物理地址映射关系Linux将4G线性地址空间分为两部分，0~3G为用户空间，3G~4G为内核空间。由于开启了分页机制，内核要想访问物理地址空间，必须先建立映射关系，然后再通过虚拟地址访问。为了能够访问所有的物理地址空间，需要将所有的物理地址空间都映射到1G的内核线性空间，这显然是不可能的。因此内核将0~896M的物理地址空间一一映射到自己的线性地址空间，以便随时访问ZONE_DMA和ZONE_NORMAL中的物理页；此时内核剩余的128M线性地址空间不足以完全映射所有ZONE_HIGHMEM，Linux采用动态映射的方式，即将ZONE_HIGHMEM中的物理页映射到内核最大128M线性地址空间空间按需分配，其他物理页映射使用后释放映射关系。这种方式虽然存在效率问题，但毕竟内核可以正常访问所有的物理地址空间。
