Linux arm64的虚拟内存布局

最新推荐文章于 2025-04-01 15:06:05 发布

Robin.Yin

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分类专栏：内存管理

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页表转换
arm64在硬件体系结构上支持4级的每页大小为4K的页表转换，也支持3级的页大小64KB的页表转换。
在linux arm64中，如果页的大小为4KB，使用3级页表转换或者4级页表转换，用户空间和内核空间都支持有39bit（512GB）或者48bit（256TB）大小的虚拟地址空间。
如果页的大小为64KB，就只有2级页表转换，支持42bit（4TB）大小的虚拟地址，用户空间和内核空间也大小一样。

地址分布
虚拟地址都用64位无符号数表示。
用户虚拟地址从高位的63到低位的48都是0，内核虚拟地址则相反，63~48都是1. TTBR x（Translation table base register）的选择是通过虚拟地址的第63 bit位来确定的。swapper_pg_dir只包含内核地址映射，而用户

pgd 只包含用户地址映射，swapper_pg_dir 指向的地址只会写入到 TTBR1，绝不会写入到TTBR0。

AArch64 Linux memory layout with 4KB pages + 3 levels:

Start            End            Size        Use
-----------------------------------------------------------------------
0000000000000000    0000007fffffffff     512GB        user
ffffff8000000000    ffffffffffffffff     512GB        kernel

AArch64 Linux memory layout with 4KB pages + 4 levels:
 
Start            End            Size        Use
-----------------------------------------------------------------------
0000000000000000    0000ffffffffffff     256TB        user
ffff000000000000    ffffffffffffffff     256TB        kernel

AArch64 Linux memory layout with 64KB pages + 2 levels:

Start            End            Size        Use
-----------------------------------------------------------------------
0000000000000000    000003ffffffffff       4TB        user
fffffc0000000000    ffffffffffffffff       4TB        kernel

AArch64 Linux memory layout with 64KB pages + 3 levels:

Start            End            Size        Use
-----------------------------------------------------------------------
0000000000000000    0000ffffffffffff     256TB        user
ffff000000000000    ffffffffffffffff     256TB        kernel

想看内核虚拟地址布局的详细情况，可以通过观察内核boot日志。

复制代码

Translation table lookup with 4KB pages:
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|63    56|55    48|47    40|39    32|31    24|23    16|15     8|7      0|
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|                 |         |         |         |         |
|                 |         |         |         |         v
|                 |         |         |         |   [11:0]  in-page offset
 
|                 |         |         |         +-> [20:12] L3 index
 
|                 |         |         +-----------> [29:21] L2 index
 
|                 |         +---------------------> [38:30] L1 index
 
|                 +-------------------------------> [47:39] L0 index
 +-------------------------------------------------> [63] TTBR0/1

复制代码

Translation table lookup with 64KB pages:
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|63    56|55    48|47    40|39    32|31    24|23    16|15     8|7      0|

+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
|                 |    |               |              |
|                 |    |               |              v
 
|                 |    |               |            [15:0]  in-page offset
 
|                 |    |               +----------> [28:16] L3 index
 
|                 |    +--------------------------> [41:29] L2 index
 
|                 +-------------------------------> [47:42] L1 index
 +-------------------------------------------------> [63] TTBR0/1

Virtual kernel memory layout:
   vmalloc : 0xffffff8000000000 - 0xffffffbdbfff0000   (   246 GB)
   vmemmap : 0xffffffbdc0000000 - 0xffffffbfc0000000   (     8 GB maximum)
              0xffffffbdc0000000 - 0xffffffbde4000000   (   576 MB actual)
   fixed   : 0xffffffbffa7fd000 - 0xffffffbffac00000   ( 4108 KB)
   PCI I/O : 0xffffffbffae00000 - 0xffffffbffbe00000   (    16 MB)
   modules : 0xffffffbffc000000 - 0xffffffc000000000   (    64 MB)
   memory : 0xffffffc000000000 - 0xffffffc900000000   ( 36864 MB)
   .init : 0xffffffc0010b6000 - 0xffffffc001178000   (   776 KB)