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在32位Linux系统中，内核空间的线性映射（也称为直接映射或低端内存映射）采用固定的偏移量进行虚拟地址和物理地址的换算。以下是详细的转换规则及背景知识：

1. 32位Linux内存布局

用户空间：虚拟地址 0x00000000 到 0xBFFFFFFF（0~3GB），供用户态进程使用。

内核空间：虚拟地址 0xC0000000 到 0xFFFFFFFF（3GB~4GB），保留给内核使用。其中，内核空间的起始地址 PAGE_OFFSET 默认为 0xC0000000（3GB）。

 

2. 线性映射规则

内核通过固定偏移量将物理内存直接映射到虚拟地址空间，使得大部分物理内存可以通过简单的算术运算转换为虚拟地址，无需复杂页表查询。

 

虚拟地址到物理地址：

物理地址=虚拟地址−PAGE_OFFSET

 

物理地址到虚拟地址：

虚拟地址=物理地址+PAGE_OFFSET

 

示例：

 

物理地址 0x1000 ➔ 虚拟地址 0xC0001000。

虚拟地址 0xC0005000 ➔ 物理地址 0x5000。

 

3. 适用条件

 

低端内存（Low Memory）：物理地址范围 0x00000000 到 HIGH_MEMORY（通常为896MB）。这部分内存通过线性映射直接访问。

 

高端内存（High Memory）：物理地址超过896MB时，内核无法全部线性映射，需通过动态机制（如kmap或vmalloc）访问。虚拟地址范围为 0xFIXADDR_START ~ VMALLOC_END（如 0xFF000000）。

 

4. 内核实现细节

 

相关宏：

#define __pa(vaddr) ((unsigned long)(vaddr) - PAGE_OFFSET) // 虚拟地址转物理地址

#define __va(paddr) ((void *)((unsigned long)(paddr) + PAGE_OFFSET)) // 物理地址转虚拟地址

页表设置：内核启动时通过恒等映射（偏移量 PAGE_OFFSET）建立页表项，确保虚拟地址 0xC0000000 对应物理地址 0x00000000。

 

5. 例外情况

设备内存映射：某些硬件设备的物理地址可能位于非低端内存区域，需通过ioremap映射到内核空间。

CONFIG_HIGHMEM：启用该配置后，内核可管理超过线性映射范围的物理内存，但需通过临时映射访问。

 

6.与 ARM64 的对比

总结

在32位Linux中，内核空间的线性映射通过固定偏移 PAGE_OFFSET（0xC0000000）实现虚拟地址与物理地址的转换，适用于低端内存。这种机制简化了内核访问物理内存的流程，但受限于32位地址空间，需结合高端内存机制管理大容量物理内存。