Linux 内存管理 I

CPU的内存空间指由CPU地址总线张成的地址空间，即物理地址空间。这个空间中，借助地址总线，CPU可以进行”字节级”的寻址。

上图是一个主板硬件拓扑的例子(实际开发中用的可能完全不是这个样子，比如全闪主板通常直接从CPU中出SSD控制器)，我们以该图为例说明内存管理的基本概念。

视不同架构的CPU，接入物理地址空间的硬件有所不同。对于ARM等RISC处理器，通常将内存条(物理内存)，和设备、外设控制器一并接入物理地址空间。这样可以令CPU使用统一的方式访问物理内存和设备IO，这种设备IO方式称之为映射IO，此时，物理地址空间可以被看作分成两部分: 物理内存区间和设备IO区间。而在x86体系中，设备IO不占用物理地址空间，intel的CPU为设备单独开辟了16bit的IO空间，在硬件上通过拉低/拉高作为flag的某个引脚或寄存器来区分一个地址是位于内存空间还是IO空间，表现在软件上就是在内核态中使用不同接口函数来操作不同的空间。

对映射IO来说，本质上是CPU将需要访问的地址发给北桥，由北桥决定这个地址是发给DRAM控制器来访问内存，还是将相应的指令发给某个设备。总之，CPU的物理地址空间布局和与之相应的操作方法是BSP级的。

在内核通过启动参数解析了BSP信息之后，CPU看到的就只是一个unified的地址空间，在开启了MMU的情况下，这个地址空间就是虚拟地址空间，否则就是物理地址空间。此外，需要注意的是，低端的DMA引擎通常不能实现对整个DRAM的寻址，这也就是内核将低端内存设置为ZONE_DMA的原因，此外，没有IOMMU的DMA引擎接收一次指令只能将一块连续的内存传递到二级存储介质，而配备了IOMMU的DMA引擎可以实现Scatter/Gatter，即IOMMU负责将DRAM中离散的地址区间映射为DMA引擎中的连续的地址。