2. ARM64 虚拟地址空间布局：用户空间与内核空间划分

ARM64 架构下，虚拟地址空间被划分为两个主要区域：用户空间（User Space）和内核空间（Kernel Space）。这种划分是操作系统实现进程隔离与内核保护的基础。Linux 内核在 ARM64 上采用经典的“3:1”或“1:1”分割模型，具体取决于配置的地址位宽。

2.1 地址空间大小：48位与52位

ARMv8.0 架构定义了 48 位虚拟地址（VA）和 48 位物理地址（PA）的支持。ARMv8.2 引入了 52 位地址扩展（LVA/LPA），允许使用 52 位虚拟地址和 52 位物理地址。Linux 内核通过配置选项选择支持的地址位数。

2.2 用户空间与内核空间的划分

在 ARM64 Linux 中，虚拟地址空间的高位决定区域归属：

• 用户空间：地址范围从 0x0000_0000_0000_0000 到 0x0000_FFFF_FFFF_FFFF（48位）或 0x0000_FFFF_FFFF_FFFF_FFFF（52位）。
• 内核空间：地址范围从 0xFFFF_0000_0000_0000 到 0xFFFF_FFFF_FFFF_FFFF（48位）或 0xFFFF_FFFF_FFFF_FFFF_FFFF（52位）。

内核空间与用户空间之间有一个巨大的“空洞”（Non-canonical 区域），用于捕获非法访问。

2.3 内核镜像映射区域

内核镜像（Kernel Image）被映射到内核空间的一个固定区域。在 ARM64 Linux 中，内核镜像映射区域通常位于内核空间的起始部分，称为 KIMAGE_VADDR。该区域包含内核代码段、数据段、初始化数据等。

内核镜像映射的关键特性：

• 线性映射（Direct Mapping）：内核镜像通常使用线性映射（也称为恒等映射或直接映射），即虚拟地址与物理地址之间存在固定的偏移量（PAGE_OFFSET）。
• 模块区域：内核模块（动态加载的驱动）被映射到 MODULES_VADDR 区域，紧邻内核镜像。
• vmalloc 区域：用于内核动态分配的非连续内存映射。
• fixmap 区域：固定映射区域，用于早期引导或特殊用途。

2.4 用户空间布局

用户空间布局由内核的 mmap 机制和 ELF 加载器决定。典型的用户空间地址布局包括：

• 代码段（.text）：从低地址开始加载（通常为 0x400000 或 0x555555554000）。
• 数据段（.data, .bss）：紧接代码段之后。
• 堆（Heap）：从数据段上方开始，向高地址增长。
• 栈（Stack）：从用户空间顶部（0x7FFFFF_FFFF_FFFF 附近）向低地址增长。
• 共享库（mmap 区域）：位于堆和栈之间，用于加载动态链接库。

2.5 地址空间切换：用户态与内核态

当 CPU 在用户空间执行时，MMU 使用用户空间的页表（TTBR0_EL1）。当发生系统调用、异常或中断进入内核时，CPU 切换到内核空间，MMU 切换为使用内核空间的页表（TTBR1_EL1）。