1 CPU寻址内存，虚拟地址、物理地址
(1)寻址内存：
CPU访问外设，有两种类型，一个是内存空间，一个是IO空间;
IO空间，X86通过in/out指令访问外设，IO空间只存在X86架构，在RISC架构不存在；
内存空间，CPU通过指针访问所有内存空间，内存空间分为两类，普通内存和位于内存空间的寄存器。其他设备的寄存器，比如通过I2C总线访问触摸屏的寄存器，与CPU内存空间无关。
(2) MMU原理
对于一个支持MMU的CPU，只要开启MMU，CPU跟程序员视角一致，看到的永远是虚拟地址；
在访问内存空间时，CPU发一个虚拟地址(指针)，MMU把虚拟地址映射为物理地址。
其他硬件设备，比如DMA/IVE(硬件模块不带mmu)访问也是物理地址；
(3)虚拟地址和物理地址：
比如在两个不同的进程QQ/WECHAT里，可以分别定义一个变量，虚拟地址相同(都为1G)；真正访问的时候，经过MMU映射到实际不同的物理地址。
每个进程都维护自己的页表，相同的虚拟地址可以映射到不同的物理地址；
当CPU访问0x1234560时，先查询页地址0x1234对应的物理地址(比如1M)，560为页内偏移
patch
int *p=1m; //对指针赋值物理地址，是错误的
(4) 物理地址的本质
在Linux 内核，物理地址定义为一个无符号64/32位整数；
32处理器虚拟地址最大4G，物理地址不一定32位，可以大于4G；
物理地址位数可以大于虚拟地址位数；
2.MMU以及RWX权限、kernel和user模式权限
32位处理器，页表有32位，但实际维护页表只用到高20位，低12位用来存放其他信息比如权限
CPU访问一个地址，不仅要做虚拟/物理地址页表地址查询，还要检查页表权限，出现非法操作时，MMU拦截CPU访问请求，并报page
fault，CPU收到MMUpage
fault中断时，报段错误，发信号11，进程默认信号处理方式是挂掉。
找不到物理地址，或者权限不对，发生段错误；
tips:
gdb layout src
meltdown漏洞，利用时间旁路攻击原理，从用户空间获取内核空间数据；
3.MMU作用总结：
(1). 内存隔离：防止应用程序访问不属于自己的空间，隔离应用对其它应用空间、内核空间的访问。因为它们只能访问自己的虚拟空间，每个进程的虚拟空间都是独立的。
(2). 权限管理：不同地址段拥有不同的访问权限，不能越权访问。
(3). 地址映射：将不连续的物理地址映射为连续的虚拟地址，并可以通过swap机制可以获得比实际内存大得多的使用空间。
前两者实现数据安全，第三条为程序提供空间便利。
该部分由网友Aero Learning补充, 感谢。
再补充两点：
1.直接使用物理内存，当即将运行的程序内存不足时，需要选择一个进程整体换出，这导致有大量数据的换出与换入，效率低下；即MMU可以解决内存使用效率问题；
2.有效解决碎片化问题；
3.内存的zone: DMA、Normal和HIGHMEM
32位Linux内核空间物理地址映射在3G～4G，分三个区域，
ZONE_DMA(0～16M):DMA内存分配区；
ZONE_NORMAL(16MB～896MB): 普通映射的内存区域；
ZONE_HIGHMEM(896MB~):高端内存区域，其中的页不能永久映射到内核地址空间；内核一般不使用，如果要使用，通过kmap做动态映射；
存在高端内存的原因是，当物理内存大于虚拟内存寻址范围(1G)时，需要做非线性映射，才能在访问所有物理内存空间范围。32系统一般都划分896M以上物理地址为高端内存。
在目前流行的64位CPU中，由于虚拟寻址位数足够，就不存在高端内存概念了。
896M以下，开机直接映射好(通过virt_to_phys/phys_to_virt简单线性映射)，896MB以上动态分配，可以被内核和用户空间访问；
对于64位CPU有足够寻址能力，就不存在869MB问题了，64位处理器，一般没有HGIHMEM ZONE；；
对于一个嵌入式设备，内存太小，也不存在 HIGHMEM区域；
DMAzone存在的根本原因是DMA硬件有缺陷，比如一个典型32位系统ISA设备的DMA只有24位寻址能力，也就是只能访问内存的前16M内存，而整个系统的最大物理内存寻址甚至可以大于1G，超过内核的虚拟空间；
DMA没有MMU，所以只能访问连续物理内存；少数最新的DMA具有MMU，也可以访问物理不连续的内存，MMU页表映射即可。
当为一个DMA有缺陷设备申请内存时，传入标记GFP_DMA，在DMA
ZONE区域分配内存，如果DMA可以访问所有内存空间，则不用受限于DMA_ZONE。而其他普通设备，也可以申请DMA_ZONE.
申请DMA内存，会填入设备访问范围，根据范围确定申请的内存区域；
DMA内存不一定来自于DMA ZONE，DMA ZONE也不一定用于DMA
如果系统所有DMA都没有缺陷，则不存在dma_zone；
DMA直接访问内存，不会让外设访问速度更快，DMA最大好处是解放CPU资源，速度受限外设总线及访问频率；
4.Linux内存管理Buddy算法
Buddy 算法直面物理内存；
Buddy算法把内存中的所有页面按照2的幂次进行分块管理，分配的时候如果没有相应大小块，就把大的块二分成小块；释放的时候，回收的块跟相邻的空闲伙伴块又能合并成大块；
BUDDY页面的分配和使用情况可以通过proc接口/proc/buddyinfo来查看；
Buddy有个缺陷，会造成许多内存碎片，比如总和还剩余很大，但是没有足够连续的空余内存可用。
早期采用预留分配方法，给予显卡，摄像头等预留内存，即使设备不使用，也会预留。
5.连续内存分配器(CMA)
分配专门的CMA区域，用于DMA设备的内存申请，比如摄像头，
当摄像头设备不用时，该区域可以用于其他内存分配；
当使用摄像头时，将该区域内的所有已申请内存，拷贝到其他分散的页，并且修改对应页表。
这样CMA大块连续内存，就不会被浪费掉，也保持了大块连续内存的访问需求；
把不同的DMA设备，放在不同的CMA，就不会导致内存碎片化；
