/proc/iomem-创新互联

前言

引用:《内核珠玑:/proc/iomem的作用》

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“大师,今天天气真好,公园里的花也红了,树也绿了。”
“人也多。”
“大师,咱们毕竟是第一次来,先去看看导览图吧?”
“路过个街心公园要什么导览图?”
“好吧。。其实人家想去厕所。”
“先忍一会,既然你提到导览图,为师就考考你,知道 /proc/iomem 的作用么?”
“知道,/proc/iomem 提供了系统的物理布局概览。”
“这个概览有什么用呢?”
“当然有用,/proc/iomem 提示了系统中设备的物理布局,比如网卡占据了总线的物理地址 0x1000 - 0x2000,就需要通过申请资源来表明这块物理地址区间是网卡使用,如果想要与网卡交互,就要来访问这块地址哦。”
“觉不觉得很像公园导览图的作用?”
“的确,所以 /proc/iomem 很有用啦。”
“那么你想想看,如果没有它,会出什么问题呢?”
“那我就找不到厕所在哪里了。。”
“再想想?”
“唔。。甚至我会走错地方,本来想去厕所,结果闯进了冷饮店。。”
“再想想呢。”
“大师,我想到了更可怕的事,我不敢说。”
“无妨。”
“误入女厕所。。”
“不错,那么 iomem 下面提供了哪些有用信息呢。”
“刚才我就说了,提示了设备占用的物理地址。”
“还有呢?”
“还有 System RAM,这表明对应的是 DDR 物理内存。”
“System RAM 下面还有什么呢?”
“系统会使用其中一部分自用,放置 text,data 和 bss,所以这些部分会作为 System RAM 的子节点存在,提示这些物理内存已经被使用了。”
“还算不错,所以 iomem 中的信息必须准确,如果不小心写错,或者被恶意篡改,后果会很严重。”
“是啊,搞不好就误入女厕所了。”
“甚至还可能走进冷饮店,但买到的却是坨坨。”
“大师,别说冷饮了,我。。”
“快去快去,看你表现不错,为师买 2 个甜筒等你。”
“( •̀ ω •́ )y”

地址空间

有必要解释“地址空间(address space)”这一概念:地址空间就是能看到得存储器范围。地址空间的大小不由具体存储器的容量决定,而是指 CPU 或其它控制器能访问到的存储单元的范围,由电路的“位”来决定。例如 32 位的 CPU 的地址空间(不论虚拟的地址空间还是物理的地址空间)通常情况下就是 0~4G(2^32),即使内存只有 1G。如果为 32 位 CPU 配上 8G 的内存条,超出了地址空间的 4G 存储单元就无法被 CPU 直接访问。

虚拟内存地址空间:
64 位系统的地址空间,不是 2^32,也不是 2^64,而一般是 2^48。
物理内存地址空间:
64 位系统的地址空间,一般有 2^40 ,2^46 ,2^48 几种情况

实例 1,Ubuntu 20.04 虚拟机
48 bits physical, 48 bits virtual

$ cat /proc/cpuinfo 
processor	: 0
vendor_id	: AuthenticAMD
cpu family	: 23
model		: 96
model name	: AMD Ryzen 7 4800H with Radeon Graphics
stepping	: 1
microcode	: 0x6000626
cpu MHz		: 2894.558
cache size	: 512 KB
physical id	: 0
siblings	: 4
core id		: 0
cpu cores	: 4
apicid		: 0
initial apicid	: 0
fpu		: yes
fpu_exception	: yes
cpuid level	: 16
wp		: yes
flags		: fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 ht syscall nx mmxext fxsr_opt rdtscp lm constant_tsc rep_good nopl nonstop_tsc cpuid extd_apicid tsc_known_freq pni pclmulqdq ssse3 cx16 sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt aes xsave avx rdrand hypervisor lahf_lm cmp_legacy cr8_legacy abm sse4a misalignsse 3dnowprefetch ssbd vmmcall fsgsbase avx2 rdseed clflushopt arat
bugs		: fxsave_leak sysret_ss_attrs null_seg spectre_v1 spectre_v2 spec_store_bypass retbleed
bogomips	: 5789.11
TLB size	: 3072 4K pages
clflush size	: 64
cache_alignment	: 64
address sizes	: 48 bits physical, 48 bits virtual
power management:

实例 2,CentOS 7.5.1804 云服务器
46 bits physical, 48 bits virtual

# cat /proc/cpuinfo 
processor	: 0
vendor_id	: GenuineIntel
cpu family	: 6
model		: 94
model name	: Intel(R) Xeon(R) Gold 6133 CPU @ 2.50GHz
stepping	: 3
microcode	: 0x1
cpu MHz		: 2499.998
cache size	: 28160 KB
physical id	: 0
siblings	: 2
core id		: 0
cpu cores	: 2
apicid		: 0
initial apicid	: 0
fpu		: yes
fpu_exception	: yes
cpuid level	: 13
wp		: yes
flags		: fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 ss ht syscall nx pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc rep_good nopl eagerfpu pni pclmulqdq ssse3 fma cx16 pcid sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx f16c rdrand hypervisor lahf_lm abm 3dnowprefetch invpcid_single fsgsbase bmi1 hle avx2 smep bmi2 erms invpcid rtm mpx rdseed adx smap clflushopt xsaveopt xsavec xgetbv1 arat
bogomips	: 4999.99
clflush size	: 64
cache_alignment	: 64
address sizes	: 46 bits physical, 48 bits virtual
power management:

processor	: 1
vendor_id	: GenuineIntel
cpu family	: 6
model		: 94
model name	: Intel(R) Xeon(R) Gold 6133 CPU @ 2.50GHz
stepping	: 3
microcode	: 0x1
cpu MHz		: 2499.998
cache size	: 28160 KB
physical id	: 0
siblings	: 2
core id		: 1
cpu cores	: 2
apicid		: 1
initial apicid	: 1
fpu		: yes
fpu_exception	: yes
cpuid level	: 13
wp		: yes
flags		: fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 ss ht syscall nx pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc rep_good nopl eagerfpu pni pclmulqdq ssse3 fma cx16 pcid sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx f16c rdrand hypervisor lahf_lm abm 3dnowprefetch invpcid_single fsgsbase bmi1 hle avx2 smep bmi2 erms invpcid rtm mpx rdseed adx smap clflushopt xsaveopt xsavec xgetbv1 arat
bogomips	: 4999.99
clflush size	: 64
cache_alignment	: 64
address sizes	: 46 bits physical, 48 bits virtual
power management:

为什么不用 2^64 大小呢?因为在可预见的时间内,都用不到大那么大的空间。

/proc/iomem

环境:Ubuntu 20.04 虚拟机,内存 14G

$ sudo cat /proc/iomem
00000000-00000fff : Reserved
00001000-0009fbff : System RAM
0009fc00-0009ffff : Reserved
000a0000-000bffff : PCI Bus 0000:00
000c0000-000c7fff : Video ROM
000e2000-000e2fff : Adapter ROM
000f0000-000fffff : Reserved
  000f0000-000fffff : System ROM
00100000-dffeffff : System RAM
dfff0000-dfffffff : ACPI Tables
e0000000-fdffffff : PCI Bus 0000:00
  e0000000-e3ffffff : 0000:00:02.0
    e0000000-e3ffffff : vmwgfx probe
  f0000000-f01fffff : 0000:00:02.0
    f0000000-f01fffff : vmwgfx probe
  f0200000-f021ffff : 0000:00:03.0
    f0200000-f021ffff : my_pci_driver
  f0400000-f07fffff : 0000:00:04.0
    f0400000-f07fffff : vboxguest
  f0800000-f0803fff : 0000:00:04.0
  f0810000-f081ffff : 0000:00:0c.0
    f0810000-f081ffff : xhci-hcd
  f0820000-f0821fff : 0000:00:0d.0
    f0820000-f0821fff : ahci
fec00000-fec00fff : Reserved
  fec00000-fec003ff : IOAPIC 0
fee00000-fee00fff : Local APIC
  fee00000-fee00fff : Reserved
fffc0000-ffffffff : Reserved
100000000-38cafffff : System RAM
  20ee00000-20fe025c7 : Kernel code
  210000000-210a87fff : Kernel rodata
  210c00000-2110455ff : Kernel data
  211393000-2119fffff : Kernel bss
38cb00000-38fffffff : RAM buffer

这个列表把物理地址空间的分布暴露得一丝不挂。
System RAM 代表 DDR 物理内存,内存条。
从中可以窥探如下几点信息:

  • DDR 物理内存,在物理地址空间上,并不是连续分布的
  • DDR 物理内存,不一定位于物理地址空间的开头
  • 物理地址空间,除了 DDR 物理内存,还存在其它如 PCI Bus、System ROM 这些 I/O 内存区域

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