/proc/iomem

前言

引用：《内核珠玑：/proc/iomem的作用》

“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 : Reserved000f0000-000fffff : System ROM
00100000-dffeffff : System RAM
dfff0000-dfffffff : ACPI Tables
e0000000-fdffffff : PCI Bus 0000:00e0000000-e3ffffff : 0000:00:02.0e0000000-e3ffffff : vmwgfx probef0000000-f01fffff : 0000:00:02.0f0000000-f01fffff : vmwgfx probef0200000-f021ffff : 0000:00:03.0f0200000-f021ffff : my_pci_driverf0400000-f07fffff : 0000:00:04.0f0400000-f07fffff : vboxguestf0800000-f0803fff : 0000:00:04.0f0810000-f081ffff : 0000:00:0c.0f0810000-f081ffff : xhci-hcdf0820000-f0821fff : 0000:00:0d.0f0820000-f0821fff : ahci
fec00000-fec00fff : Reservedfec00000-fec003ff : IOAPIC 0
fee00000-fee00fff : Local APICfee00000-fee00fff : Reserved
fffc0000-ffffffff : Reserved
100000000-38cafffff : System RAM20ee00000-20fe025c7 : Kernel code210000000-210a87fff : Kernel rodata210c00000-2110455ff : Kernel data211393000-2119fffff : 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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