我有兩個關於 x86 和 x64 系統上核心虛擬位址佈局的問題。
據我所知，x86使用的是highmem和lowmem分離的記憶體佈局。
如果我的理解是正確的，highmem 和 lowmem 之間的唯一區別是它是否具有 1:1 虛擬到實體位址映射。
另外，lowmem 似乎包含核心程式經常存取的程式碼和數據，而 highmem 包含不經常存取的頁表或使用者層級程式資料。
但是，我無法理解x86核心分割虛擬位址空間並將經常存取的資料和程式碼定位到lowmem的原因。它有什麼好處呢？似乎無論內核記憶體的位置如何，都應該呼叫頁表遍歷來獲取虛擬到物理的映射。如果正確的話，好像highmem和lowmem沒有什麼優勢。
在這裡，我的第一個問題是，如果lowmem 使用1:1 映射（即實體位址+ 常數（0x80000000）=> 核心虛擬位址），為什麼MMU 花費其時鐘來遍歷頁表以了解虛擬到實體的映射。如果可能的話，我們可以修改MMU邏輯，使其僅從虛擬位址中減去魔術常數即可獲得實體位址（如果它位於lowmem區域）。或者是否有其他原因將經常存取的資料和程式碼放置到 lowmem 中？為什麼只有 lowmem 使用 1:1 映射......？
我的第二個問題是“lowmem和highmem記憶體分割機制也部署在x64 linux系統中嗎？”
先致謝
答案1
進階記憶體和低記憶體與 x86 處理器上的實體位址擴充相關。這種機制使處理器能夠尋址 64GB 內存，而不是傳統的 4GB。不過，由於指令集不變，暫存器和指標仍然是32位元長，所以虛擬位址空間仍然限制在4GB。機器指令始終使用虛擬位址，而不是實體位址。
這樣做的結果是「highmem」在被映射到可尋址區域之前根本無法直接定址。這就是為什麼只有lowmem使用1:1映射；映射到 highmem 是不可能的。
您的下一個問題是：為什麼不能簡化 MMU 邏輯以跳過頁表並進行簡單的減法來獲取實體位址？ MMU 在硬體中實現，它被設計為使用頁表（和 TLB）來完成其工作。不過，存在著「巨大」頁面，它會跳過頁表中的一級，使頁面大小為 4MB，而不是 x86 上的 4kB。
您的最後一個問題：x64 架構上的記憶體也分為 lowmem 和 highmem 嗎？不。具有更大位址空間（實體和虛擬）的 x64 不需要它。