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 MMU pagefault 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；
其他参考文章：
内核文档：Doccumentation/devicetree/binding/reserved-memory/reserved-meory.txt
