(轉)CPU地址空間小結
地址空間的對映
這裡要說的是Intel構架下的CPU地址空間佈局，注意這裡沒有說是記憶體地址空間佈局。
我們說的記憶體通常是指DRAM，DRAM相對於CPU也可以算是外部裝置，CPU地址空間是CPU訪問外部裝置過程中的一個概念，CPU除了訪問DRAM外還會訪問許多其他的裝置。可以粗略的認為CPU地址空間包含DRAM地址空間，但兩者卻是不同的概念。而且DRAM地址空間是由記憶體控制器直接訪問的，由CPU間接訪問的。
過去很長一段時間Intel CPU是32位的，也就是可以訪問到4GB的地址空間，但是當時的DRAM通常也就是512MB到2GB之間，現在假設DRAM是1GB，那麼就是3GB的地址空間是空的。在計算機裡面，地址也是資源。這空的地址空間就用來訪問外部裝置IO所用，這部分被稱為MMIO（Memory Mapped I/O)。MMIO的空間是很大的，它包含了PCI的配置空間(256MB或者更大)，內建整合視訊記憶體(256MB,或者更大)，還有其他很多東西 。所以這部分的大小是不容忽視的。
現在的Intel CPU一般都是36位的，也就是可以訪問到64GB。而DRAM也是越來越大，以至於DRAM加上MMIO的空間超出了4GB，而MMIO的空間是不能隨意變更的。所以現在的做法就是將DRAM的一部分重對映到4GB以上的空間，下面就以DRAM有5GB為情況，做一個例子。請看下圖
上圖中左邊是地址空間，右邊是DRAM空間，其中紅色的字體表示暫存器，可以在spec中找到該暫存器的說明，這幾個暫存器決定了整個地址空間的大的格局。這裡就簡要說明一下。
TOLUD，指向32位地址，也就是4GB以內。它是一個分界線，在0-TOLUD之間為DRAM，TOLUD-4GB之間為MMIO空間。該值由BIOS指定。為了方便說明，假設TOLUD被指定為2GB。
TOM，目前還不明確，我猜想應該是指實際實體記憶體的大小，“the total amount of populated physical
memory”，比如上圖TOM為5GB。可在本機的BDFR(0,0,0,A0)驗證。
REMAPBASE和REMAPLIMIT，也是36位，分別表示基址和上限地址。用於重對映DRAM中被MMIO遮住的一部分空間，有2GB。該圖中將DRAM中遮住的部分重對映到TOM的上方，所以REMAPBASE為5GB，REMAPLIMIT為7GB-1。
TOUUD，36位地址，大小為REMAPLIMIT+1的位置，比如上圖TOUUD應該在7GB的位置，可以和TOLUD做對比理解，TOLUD是4GB以內DRAM與MMIO的分界線，TOUUD可以理解為4GB-64GB之間DRAM與MMIO的分界線。
以上是假設DRAM超出4GB的情況，假如DRAM只有3GB，而TOLUD指定為2GB呢？也就是2GB-3GB的DRAM被遮住。這時也是通過REMAPBASE和REMAPLIMIT將之重定向到4GB的上方。再假設DRAM只有2GB，TOLUD為2GB呢？這時就不存在重對映。 REMAPLIMIT小於REMAPBASE時(通常REMAPLIMIT為0)，表示不使用重對映。
1.實體記憶體，在不引起誤解的情況下，是指非專業人士、專業人士都懂的——記憶體條，比如SDRAM、DDR/DDR2/DDR3/DDR4/DDR5等記憶體條。
2.虛擬地址（如果存在的話，見後面4）是程式設計師視角的地址，比如C語言中的指標值，彙編程式設計師使用CPU指令產生的定址。
3.實體地址是CPU晶片地址引腳（假定記憶體控制器沒有整合在CPU中）發出的訪存地址，實體地址還要被記憶體控制機構（一般在北橋晶片中）進行譯碼或對映（對映的一個例子見本文最後17部分提到的“實體記憶體回收”），可能實際指向DRAM（就是前面提到的記憶體條），也可能通過一些外部匯流排（比如PCI）指向各種外部裝置。對外部裝置的這種訪問一般也稱為MMIO：Memory Mapped I/O——記憶體對映I/O。另外特別提一下，x86支援用I/O指令（IN、OUT）定址的另外的獨立64K I/O地址空間，該地址空間不要和這裡實體記憶體地址混淆。
4. 綜合前面：邏輯地址（經段轉換到）-->線性地址（如果分頁使能就是虛擬地址，此時虛擬地址經分頁對映到）-->實體地址（經譯碼轉換到）-->記憶體條上的實體記憶體地址或MMIO地址。一般來說，在系統執行時，外設的I/O記憶體資源的實體地址是已知的（通過request_mem_region()），由硬體的設計決定。但是CPU通常並沒有為這些已知的外設I/O記憶體資源的實體地址
預定義虛擬地址範圍，驅動程式並不能直接通過實體地址訪問I/O記憶體資源，而必須將它們對映到核心虛地址空間內（通過頁表），然後才能根據對映所得到的核 心虛地址範圍，通過訪內指令訪問這些I/O記憶體資源。Linux在io.h標頭檔案中聲明瞭函式ioremap（），（在核心驅動程式的初始化階段，通過ioremap（）將實體地址對映到核心虛擬空間（3GB－4GB）；在驅動程式的mmap系統呼叫中，使用remap_page_range()將該塊ROM對映到使用者虛擬空間。這樣核心空間和使用者空間都能訪問這段被對映後的虛擬地址。）