在分析虛擬內存管理前要先看下linux內核內存的具體分配我開始就是困在這個地方。對內核內存的分類不是非常清晰。我摘錄當中的一段：
內核內存地址
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在linux的內存管理中，用戶使用0～3GB的地址空間。而內核僅僅是用了3GB～4GB區間的地址空間。共1GB。非連
續空間的物理映射就位於3GB~4GB之間。例如以下圖示
0GB 3GB 4GB
而關於內核空間中這1GB是怎樣分配的呢，詳細請看下圖:
一般會把內核空間中大於896M的空間稱作內核空間中的高端內存。內核能夠用三種不同的機制將頁框映射到高端
內存：永久內核映射、暫時內核映射和非連續內存分配。本文中將要談論的是非連續內存分配。
從上圖能夠知道，在物理內存的末尾和非連續內存區之間插入了一個大小為8MB的區間，這是一個安全區，
目的是“捕獲”對非連續區的非法訪問。出於相同的理由。在其他非連續區間也插入了大小為4KB的安全區。而每一個
非連續區的大小都是4KB的倍數。例如以下圖:
非連續內存的線性地址空間是從VMALLOC_START~VMALLOC_END,共128MB大小。
當內核須要用vmalloc類的函數
進行非連續內存分配時，就會申請一個vm_struct結構來描寫敘述相應的vmalloc區，若分配多個vmalloc的內存區，那
么相鄰兩個vmalloc區之間的間隔大小至少為4KB，即至少是一個頁框大小PAGE——SIZE。如上圖。
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這里強調下：上面的圖示表示的不過虛擬地址，而實際的物理地址是分DMA和常規地址及高端地址的；
linux內核內存大概的就是上面的圖示了。當中8MB說是為了安全。防止越界訪問（看了非常多書，都這么說），就是這8MB虛擬地址不做不論什么映射（這樣不過虛擬地址。沒有實際的物理地址浪費）
由上面的圖示能夠知道，前面896MB（其它架構能夠能不是以896MB切割的）就是我們說的內核邏輯地址（記住是內核邏輯地址。假設就說邏輯地址的話應該是指x86架構中虛擬地址中不包含段地址部分，也就是段內偏移部分）；這部分內存地址已經在系統初始化的時候和物理頁做好了映射，並且是一一映射，我們一般使用的時候就是用該部分的內存地址（kmalloc函數使用就是該部分）。這段內存是很高效的，由於不須要做其它的映射和改動頁表就能夠直接使用。本blog是分析下虛擬內存地址的映射，主要是vmalloc函數和ioremap函數；
vmalloc函數
vmalloc函數是驅動模塊常常使用的內存分配函數。該函數返回的虛擬地址連續的（事實上這也有疑問。由於上面vmalloc的虛擬地址區有4k切割地址，假設vmalloc分配的虛擬地址非常大。那么中間是否有4kb的切割地址？），可是不保證所映射的物理地址也是連續的。
它主要對上面的vmalloc_start到vmalloc_end這段內存操作，返回的虛擬地址就是這一部分的。
在大多數情況下，不鼓舞使用vmalloc來申請內存，原因： 1、通過vmalloc函數獲取的內存使用效率不高（由於要自己做映射，要推斷哪些是空暇頁等操作）。2、有些架構上給vmalloc使用的內存地址很小。對vmalloc調用可能會由於沒有空暇地址而失敗；3、不能保證物理地址是連續的，對一些驅動程序來說這是硬傷；綜上所述。最好不要用包括vmalloc的代碼作為內核的主線代碼。
以下大概來說下vmalloc函數的原型：
void *vmalloc(unsigned long size);
該函數的實現有3個步驟：1、在vmalloc區域分配一段連續的虛擬內存地址；2、通過伙伴系統獲取物理頁；3、通過對頁表的操作。把1中獲取到的虛擬地址映射到2中分配到物理頁上；
注意：
1、上面的圖示我們能夠看出每一個vmalloc虛擬地址之間都有4kb的切割區域（其作用就是防止越界。形成一個空洞，越界時產生異常），所以vmalloc函數實現時，會在size對齊后再添加4kb大小（一個頁的大小）。
2、在分配物理頁時，會從高端地址（上面的圖示表示的不過虛擬地址而已，物理內存分配能夠看 linux內核內存分配（一、基本概念）中物理頁和虛擬地址的映射圖）分配。gfp為：GFB_KERNEL | _GFP_HIGHMEM;表示該函數可能睡眠，分配的物理地址來自高端物理頁。
常規物理頁給kmalloc使用；vmalloc函數分配高端物理頁時使用alloc_page函數或者alloc_pages_node函數來分配一個整頁，多次調用分配函數來完畢全部的物理頁的分配，這樣就不能保證全部的物理頁一定連續了。
3、對虛擬地址映射時不會對額外的4k的切割地址進行映射，第2步中也不會對這4k的虛擬切割地址進行分配映射的物理頁。
以下是vmalloc的映射圖。圖來自《深入linux設備驅動程序內核機制》
上圖中：從vmalloc區域分配的兩個虛擬頁地址映射到物理地址的高端頁面。當中高端內存是不連續的，虛擬地址最后一個頁沒有進行映射，那就是額外的4k切割頁面。
用vmalloc分配得到的地址是不能在微處理器之外使用的。由於它們僅僅在處理器的內存管理單元上才有意義。
使用vmalloc函數的正確場合是在分配一大塊連續的、僅僅在軟件中存在的、用於緩沖的內存區域的時候。
ioremap函數
函數原型：void __iomem *ioremap(unsigned long phys_addr, size_t size);此處的__iomem僅僅是標識返回的地址是io類型的地址；該函數用來把vmalloc區域之間的內存映射到設備I/O地址空間，這個函數和vmalloc函數的實現很相似，不同的地方就是vmalloc是通過伙伴系統分配到物理頁。而ioremap函數卻是利用設備的I/O空間，而不是系統物理頁；至於其它操作能夠看：訪問I/O內存和I/Oport設備
ioremap函數很多其它用於映射（物理的）PCI緩沖區地址到（虛擬的）內核空間。ioremap函數映射的內存須要用iounmap函數來釋放；
vmalloc和kmalloc比較
kmalloc函數：
1、得到的內存保留上次使用的數據，不正確申請到的內存進行初始化（zmalloc函數會初始化申請到的內存）。
2、返回的邏輯地址（事實上也是虛擬地址）和映射的物理頁都是連續的。調用該函數時可能會休眠；
3、kmalloc函數和__get_free_pages函數返回的內存地址都是虛擬地址，事實上際的物理地址須要通過MMU轉換后得到（事實上MMU就是通過頁表機制來轉換的）。
4、kmalloc函數和__get_free_pages函數使用的虛擬地址范圍與物理內存是一一相應的，可能有個常量偏移。這兩個函數不須要改動頁表。
5、kmalloc函數申請的內存大小是有限制的，一般依據架構決定；
vmalloc函數和ioremap函數：
1、使用效率不高，物理頁不保證連續，虛擬地址保證連續。
2、vmalloc函數和ioremap函數使用的地址范圍全然是虛擬的。每次分配都要通過對頁表的操作來建立映射關系；
3、vmalloc函數一般用來分配大塊的內存。而且返回的地址不能在微處理器之外使用；
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