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Linux在服務(wù)器、工作站和移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。開發(fā)者通常使用PAE（Physical Address Extension）技術(shù)擴(kuò)展尋址范圍。
眾所周知，作為世界上最流行的操作系統(tǒng)之一，Linux在服務(wù)器、工作站和移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。而其中一個(gè)讓人們深感神秘和困惑的領(lǐng)域就是“高端內(nèi)存”。那么什么是Linux內(nèi)核高端內(nèi)存？它又有哪些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)呢？
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首先，我們需要理解什么是“高端內(nèi)存”。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這個(gè)概念指的是物理地址空間中不連續(xù)部分（即非連續(xù)物理頁(yè)面）所組成的區(qū)域。在32位架構(gòu)下，由于虛擬地址空間只能映射4GB大小的物理地址空間，在使用大量RAM時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。因此，在64位處理器問(wèn)世之前，開發(fā)者通常使用PAE（Physical Address Extension）技術(shù)擴(kuò)展尋址范圍。
然而，在64位處理器問(wèn)世后，情況發(fā)生了變化。x86_64架構(gòu)提供了更大、更靈活、更安全以及更易于管理的虛擬地址空間，并支持直接映射超過(guò)4GB大小的物理地址空間。這意味著可以將整個(gè)主機(jī)或集群中所有可用RAM都放入一個(gè)統(tǒng)一的地址空間中，從而為應(yīng)用程序提供更大、更高效、更一致的內(nèi)存池。
那么在Linux內(nèi)核中，高端內(nèi)存是如何實(shí)現(xiàn)的呢？首先需要了解的是，在x86_64架構(gòu)下，物理地址空間被分為兩個(gè)部分：低端（0~4GB）和高端（4GB~2^64）。低端包含所有直接映射到虛擬地址空間中的物理頁(yè)面；而高端則包含不連續(xù)的物理頁(yè)面。當(dāng)進(jìn)程請(qǐng)求訪問(wèn)超過(guò)1GB大小的非連續(xù)內(nèi)存時(shí)，就會(huì)使用“伙伴系統(tǒng)”來(lái)管理這些頁(yè)幀。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，“伙伴系統(tǒng)”就是將同樣大小并且相鄰位置上沒(méi)有占用頁(yè)幀作為一組進(jìn)行管理，以便于快速地進(jìn)行分配和釋放。因此，在Linux內(nèi)核中可以通過(guò)kmalloc()函數(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)地申請(qǐng)非連續(xù)性較強(qiáng)或者比較大塊兒內(nèi)存，并且可以通過(guò)kfree()函數(shù)對(duì)其進(jìn)行釋放。這種機(jī)制既能夠滿足應(yīng)用程序?qū)Υ罅縍AM需求時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)，又使得操作系統(tǒng)具有更好的可擴(kuò)展性和穩(wěn)定性。
總之，在Linux開發(fā)領(lǐng)域里，“高端內(nèi)存”的概念與實(shí)現(xiàn)方式都有著重要意義。在大量RAM需求的應(yīng)用場(chǎng)景下，使用高端內(nèi)存可以讓操作系統(tǒng)更加靈活、快速和安全地處理數(shù)據(jù)。因此，對(duì)于Linux開發(fā)者來(lái)說(shuō)，掌握這些知識(shí)點(diǎn)是非常必要的。
最后，在本文中我們簡(jiǎn)單介紹了Linux內(nèi)核高端內(nèi)存的概念、特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，并闡述了其實(shí)現(xiàn)方式以及對(duì)應(yīng)的“伙伴系統(tǒng)”。希望讀者們能夠通過(guò)本文深入理解這個(gè)神秘而又重要的領(lǐng)域，并將其運(yùn)用到自己所從事的工作中去。
名稱欄目：探究Linux內(nèi)核高端內(nèi)存的奧秘
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