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¿Qué son la memoria alta y la memoria baja en Linux?

Estoy interesado en la diferencia entre Highmem y Lowmem:

  1. ¿Por qué hay tanta diferenciación?
  2. ¿Qué ganamos al hacerlo?
  3. ¿Qué características tiene cada uno?
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Sen

En una arquitectura de 32 bits, el rango de espacio de direcciones para direccionar RAM es:

0x00000000 - 0xffffffff

o 4'294'967'295 (4 GB).

El kernel de Linux se divide en 3/1 (también podría ser 2/2 o 1/3 1) en el espacio del usuario (memoria alta) y el espacio del kernel (memoria baja) respectivamente.

El rango de espacio del usuario:

0x00000000 - 0xbfffffff

Cada proceso de usuario recién generado obtiene una dirección (rango) dentro de esta área. Los procesos del usuario generalmente no son de confianza y, por lo tanto, tienen prohibido acceder al espacio del kernel. Además, se consideran no urgentes, como regla general, el núcleo intenta diferir la asignación de memoria a esos procesos.

El rango de espacio del kernel:

0xc0000000 - 0xffffffff

Un núcleo procesa obtiene su dirección (rango) aquí. El kernel puede acceder directamente a este 1 GB de direcciones (bueno, no el 1 GB completo, hay 128 MB reservados para acceso de alta memoria).

Los procesos generados en el espacio del kernel son confiables, urgentes y se supone que están libres de errores, la solicitud de memoria se procesa instantáneamente.

Cada proceso del kernel también puede acceder al rango de espacio del usuario si lo desea. Y para lograr esto, el kernel asigna una dirección desde el espacio del usuario (la memoria alta) a su espacio del kernel (la memoria baja), los 128 MB mencionados anteriormente están especialmente reservados para esto.


1 Si la división es 3/1, 2/2 o 1/3 se controla mediante CONFIG_VMSPLIT_... opción; probablemente puedes consultar en /boot/config* para ver qué opción se seleccionó para su núcleo.

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wag

La primera referencia a la que recurrir es Controladores de dispositivo Linux (disponible en línea y en forma de libro), particularmente capítulo 15 que tiene una sección sobre el tema.

En un mundo ideal, cada componente del sistema podría asignar toda la memoria a la que necesita acceder. Y este es el caso de los procesos en Linux y en la mayoría de los sistemas operativos: un proceso de 32 bits solo puede acceder a un poco menos de 2 ^ 32 bytes de memoria virtual (de hecho, aproximadamente 3 GB en una arquitectura típica de Linux de 32 bits). Se vuelve difícil para el kernel, que necesita poder mapear la memoria completa del proceso cuya llamada al sistema está ejecutando, más toda la memoria física, más cualquier otro dispositivo de hardware mapeado en memoria.

Entonces, cuando un kernel de 32 bits necesita asignar más de 4 GB de memoria, debe compilarse con soporte de alta memoria. La memoria alta es memoria que no está asignada permanentemente en el espacio de direcciones del núcleo. (La memoria baja es lo contrario: siempre está asignada, por lo que puede acceder a ella en el núcleo simplemente haciendo referencia a un puntero).

Cuando accede a una memoria alta desde el código del kernel, primero debe llamar a kmap para obtener un puntero de una estructura de datos de página (struct page). Llamar a kmap funciona si la página está en memoria alta o baja. También hay kmap_atomic que ha agregado restricciones pero es más eficiente en máquinas multiprocesador porque utiliza un bloqueo de grano más fino. El puntero obtenido a través de kmap es un recurso: utiliza el espacio de direcciones. Una vez que haya terminado, debe llamar a kunmap (o kunmap_atomic) para liberar ese recurso; entonces el puntero ya no es válido y no se puede acceder al contenido de la página hasta que llame a kmap nuevamente.

Esto es relevante para el kernel de Linux; No estoy seguro de cómo un núcleo de Unix maneja esto.

La memoria alta es el segmento de memoria que los programas de espacio de usuario pueden abordar. No puede tocar Memoria baja.

Low Memory es el segmento de memoria que el kernel de Linux puede abordar directamente. Si el kernel debe acceder a High Memory, primero debe asignarlo a su propio espacio de direcciones.

Recientemente se introdujo un parche que le permite controlar dónde está el segmento. La desventaja es que puede quitar la memoria direccionable del espacio del usuario para que el kernel pueda tener más memoria de la que no tiene que asignar antes de usar.

Recursos adicionales:

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Shawn J. Goff

HIGHMEM es un rango de espacio de memoria del kernel, pero NO es la memoria a la que accedes, sino que es un lugar donde pones lo que quieres acceder.

Un mapa de memoria virtual de Linux de 32 bits típico es como:

  • 0x00000000-0xbfffffff: proceso de usuario (3GB)

  • 0xc0000000-0xffffffff: espacio del kernel (1GB)

(Aquí se ignora el vector específico de la CPU y todo lo demás).

Linux divide el espacio del kernel de 1 GB en 2 partes, LOWMEM y HIGHMEM. La división varía de una instalación a otra.

Si una instalación elige, digamos, 512MB-512MB para mems BAJO y ALTO, el 512MB LOWMEM (0xc0000000-0xdfffffff) se asigna estáticamente en el momento del arranque del kernel; por lo general, se utilizan los primeros bytes de la memoria física para que las direcciones virtuales y físicas en este rango tengan un desplazamiento constante de, por ejemplo, 0xc0000000.

Por otro lado, el último 512MB (HIGHMEM) no tiene mapeo estático (aunque podría dejar páginas mapeadas semipermanentemente allí, pero debe hacerlo explícitamente en su código de controlador). En cambio, las páginas se asignan temporalmente y no se asignan aquí para que las direcciones virtuales y físicas en este rango no tengan una asignación consistente. Los usos típicos de HIGHMEM incluyen buffers de datos de una sola vez.

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hiro

Hasta donde recuerdo, "High Memory" se usa para el espacio de la aplicación y "Low Memory" para el kernel.

La ventaja es que las aplicaciones (espacio de usuario) no pueden acceder a la memoria de espacio de kernel.

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Gert

Mucha gente ha dicho que la poca memoria es para el sistema operativo. Esto suele ser cierto, pero no tiene por qué serlo. La memoria alta y la memoria baja son solo dos partes del espacio de memoria, pero en el sistema Linux la memoria baja es solo para el núcleo y la memoria alta para los procesos del usuario.

De acuerdo con el "Libro de los dinosaurios (conceptos del sistema operativo)", podemos colocar el sistema operativo en poca memoria o en alta memoria. El factor principal que afecta esta decisión es la ubicación del vector de interrupción. Dado que el vector de interrupción a menudo está en poca memoria, los programadores generalmente también colocan el sistema operativo en poca memoria.

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Zheng Gao