Linux 操作系統和驅動程序運行在內核空間，應用程序運行在用戶空間，兩者不能簡單地使用指針傳遞數據，因為Linux使用的虛擬內存機制，用戶空間的數據可能被換出，當內核空間使用用戶空間指針時，對應的數據可能不在內存中。
Linux內核地址空間划分
通常32位Linux內核地址空間划分0~3G為用戶空間，3~4G為內核空間。注意這里是32位內核地址空間划分，64位內核地址空間划分是不同的。
1、x86的物理地址空間布局：
物理地址空間的頂部以下一段空間，被PCI設備的I/O內存映射占據，它們的大小和布局由PCI規范所決定。640K~1M這段地址空間被BIOS和VGA適配器所占據。
Linux系統在初始化時，會根據實際的物理內存的大小，為每個物理頁面創建一個page對象，所有的page對象構成一個mem_map數組。
進一步，針對不同的用途，Linux內核將所有的物理頁面划分到3類內存管理區中，如圖，分別為ZONE_DMA，ZONE_NORMAL，ZONE_HIGHMEM。
ZONE_DMA的范圍是0~16M，該區域的物理頁面專門供I/O設備的DMA使用。之所以需要單獨管理DMA的物理頁面，是因為DMA使用物理地址訪問內存，不經過MMU，並且需要連續的緩沖區，所以為了能夠提供物理上連續的緩沖區，必須從物理地址空間專門划分一段區域用於DMA。
ZONE_NORMAL的范圍是16M~896M，該區域的物理頁面是內核能夠直接使用的。
ZONE_HIGHMEM的范圍是896M~結束，該區域即為高端內存，內核不能直接使用。
2、linux虛擬地址內核空間分布
在kernel image下面有16M的內核空間用於DMA操作。位於內核空間高端的128M地址主要由3部分組成，分別為vmalloc area，持久化內核映射區，臨時內核映射區。
由於ZONE_NORMAL和內核線性空間存在直接映射關系，所以內核會將頻繁使用的數據如kernel代碼、GDT、IDT、PGD、mem_map數組等放在ZONE_NORMAL里。而將用戶數據、頁表(PT)等不常用數據放在ZONE_ HIGHMEM里，只在要訪問這些數據時才建立映射關系(kmap())。比如，當內核要訪問I/O設備存儲空間時，就使用ioremap()將位於物理地址高端的mmio區內存映射到內核空間的vmalloc area中，在使用完之后便斷開映射關系。
3、linux虛擬地址用戶空間分布
用戶進程的代碼區一般從虛擬地址空間的0x08048000開始，這是為了便於檢查空指針。代碼區之上便是數據區，未初始化數據區，堆區，棧區，以及參數、全局環境變量。
4、linux虛擬地址與物理地址映射的關系
Linux將4G的線性地址空間分為2部分，0~3G為user space，3G~4G為kernel space。
由於開啟了分頁機制，內核想要訪問物理地址空間的話，必須先建立映射關系，然后通過虛擬地址來訪問。為了能夠訪問所有的物理地址空間，就要將全部物理地址空間映射到1G的內核線性空間中，這顯然不可能。於是，內核將0~896M的物理地址空間一對一映射到自己的線性地址空間中，這樣它便可以隨時訪問ZONE_DMA和ZONE_NORMAL里的物理頁面；此時內核剩下的128M線性地址空間不足以完全映射所有的ZONE_HIGHMEM，Linux采取了動態映射的方法，即按需的將ZONE_HIGHMEM里的物理頁面映射到kernel space的最后128M線性地址空間里，使用完之后釋放映射關系，以供其它物理頁面映射。雖然這樣存在效率的問題，但是內核畢竟可以正常的訪問所有的物理地址空間了。
5、buddyinfo的理解
cat /proc/buddyinfo 顯示如下：
Node 0, zone DMA 0 4 5 4 4 3 ...
Node 0, zone Normal 1 0 0 1 101 8 ...
Node 0, zone HighMem 2 0 0 1 1 0 ...
其中，Node表示在NUMA環境下的節點號，這里只有一個節點0；zone表示每一個節點下的區域，一般有DMA、Normal和HignMem三個區域；后面的列表示，伙伴系統中每一個order對應的空閑頁面塊。例如，對於zone DMA的第二列（從0開始算起），空閑頁面數為5*2^4，可用內存為5*2^4*PAGE_SIZE。
計算方法就是：
當前列的數字*2^列數*PAGE_SIZE 其中列數是從0開始計算的，即第一列是 當前列的數字*2^0*PAGE_SIZE
常見問題：
1、用戶空間（進程）是否有高端內存概念？
用戶進程沒有高端內存概念。只有在內核空間才存在高端內存。用戶進程最多只可以訪問3G物理內存，而內核進程可以訪問所有物理內存。
2、64位內核中有高端內存嗎？
目前現實中，64位Linux內核不存在高端內存，因為64位內核可以支持超過512GB內存。若機器安裝的物理內存超過內核地址空間范圍，就會存在高端內存。
3、用戶進程能訪問多少物理內存？內核代碼能訪問多少物理內存？
32位系統用戶進程最大可以訪問3GB，內核代碼可以訪問所有物理內存。
64位系統用戶進程最大可以訪問超過512GB，內核代碼可以訪問所有物理內存。
4、高端內存和物理地址、邏輯地址、線性地址的關系？
高端內存只和邏輯地址有關系，和邏輯地址、物理地址沒有直接關系。
5、為什么不把所有的地址空間都分配給內核？
若把所有地址空間都給內存，那么用戶進程怎么使用內存？怎么保證內核使用內存和用戶進程不起沖突？