为什么内核需要虚拟寻址？

Question

在Linux中，每个进程都有其虚拟地址空间（例如，在32位系统的情况下为4 GB，其中3GB用于进程，1 GB用于内核）。这种虚拟寻址机制有助于隔离每个进程的地址空间。这在过程的情况下是可以理解的，因为有许多过程。但由于我们只有1个内核，为什么我们需要内核的虚拟寻址？

Answer 1

内核是“虚拟”的原因不是处理分页，因为处理器一次只能在一种模式下运行。因此，一旦打开分页内存映射（x86上CR0中的位31），处理器就会期望所有内存访问都通过页面映射机制。因此，即使在我们启用了分页（虚拟内存）后我们确实想要访问内核，它也需要存在于虚拟空间的某个地方。

内存的“保留”更多地是“确定地址是内核还是用户空间的简单方法”。将完整的内核放在地址12345-34121，内核的另一部分位于101900-102400以及其他一些内核位于40000000-40001000是完全可能的。但它会让内核和用户空间的每个方面都变得困难 - 会有间隙/漏洞需要处理[已经存在这样的漏洞/漏洞，但有更多不会对事情有所帮助]。通过设置“用户空间从这里到此处，内核从用户空间结束到X”的固定限制，它在这方面使生活变得更加容易。我们可以在某些代码中说kernel = 0; if (address > max_userspace) kernel=1;。

当然，kerneln只占用实际使用的物理内存 - 因此常常认为“内核占用整个GB是一种浪费”是错误的 - 内核本身就是少数（一打非常“大”的内核）十几个兆字节。加载的模块可以很容易地添加几个兆字节，而ATI和nVidia的图形驱动程序很容易只为内核模块提供另外几兆字节。内核还使用一些内存来存储“内核数据”，例如任务，队列，信号量，文件和内核必须处理的其他“东西”。此处也使用了几兆字节。

Answer 2

虚拟内存管理是Linux的一项功能，它可以在系统中实现多任务处理而不受任何限制。任务或每个任务使用的内存量。 Linux内存管理器子系统（以及MMU硬件）有助于VMM支持，其中通过虚拟地址访问内存或mem映射设备。在Linux中，内核和用户组件都可以使用虚拟地址，除非在处理真实硬件时。这就是内存管理器取代它的位置，进行虚拟到物理地址转换并指向物理内存/开发位置。

进程是一个抽象实体，由内核定义，系统资源分配给该实体以执行程序。在Linux Process Management中，内核是进程内存映射的集成部分。一个过程有两个主要区域，如一枚硬币的两个面：

• 用户空间视图 - 包含进程使用的用户程序部分（代码，数据，堆栈，堆等）

• 内核空间视图 - 包含维护有关进程的信息（PID。状态，FD，资源使用等等）的内核数据结构

  

Linux系统中的每个进程都有一个独特且独立的用户空间区域。 Linux VMM的此功能将每个进程程序部分与其他部分隔离开来。但是系统中的所有进程都共享公共内核空间区域。当进程需要来自内核的服务时，它必须在该区域中执行内核代码，或者换句话说，内核正代表用户进程请求执行。