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1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
3 =================
4 Memory Management
5 =================
7 Complete virtual memory map with 4-level page tables
8 ====================================================
10 .. note::
12  - Negative addresses such as "-23 TB" are absolute addresses in bytes, counted down
13    from the top of the 64-bit address space. It's easier to understand the layout
14    when seen both in absolute addresses and in distance-from-top notation.
16    For example 0xffffe90000000000 == -23 TB, it's 23 TB lower than the top of the
17    64-bit address space (ffffffffffffffff).
19    Note that as we get closer to the top of the address space, the notation changes
20    from TB to GB and then MB/KB.
22  - "16M TB" might look weird at first sight, but it's an easier way to visualize size
23    notation than "16 EB", which few will recognize at first sight as 16 exabytes.
24    It also shows it nicely how incredibly large 64-bit address space is.
28   ========================================================================================================================
29       Start addr    |   Offset   |     End addr     |  Size   | VM area description
30   ========================================================================================================================
31                     |            |                  |         |
32    0000000000000000 |    0       | 00007fffffffffff |  128 TB | user-space virtual memory, different per mm
33   __________________|____________|__________________|_________|___________________________________________________________
34                     |            |                  |         |
35    0000800000000000 | +128    TB | ffff7fffffffffff | ~16M TB | ... huge, almost 64 bits wide hole of non-canonical
36                     |            |                  |         |     virtual memory addresses up to the -128 TB
37                     |            |                  |         |     starting offset of kernel mappings.
38   __________________|____________|__________________|_________|___________________________________________________________
39                                                               |
40                                                               | Kernel-space virtual memory, shared between all processes:
41   ____________________________________________________________|___________________________________________________________
42                     |            |                  |         |
43    ffff800000000000 | -128    TB | ffff87ffffffffff |    8 TB | ... guard hole, also reserved for hypervisor
44    ffff880000000000 | -120    TB | ffff887fffffffff |  0.5 TB | LDT remap for PTI
45    ffff888000000000 | -119.5  TB | ffffc87fffffffff |   64 TB | direct mapping of all physical memory (page_offset_base)
46    ffffc88000000000 |  -55.5  TB | ffffc8ffffffffff |  0.5 TB | ... unused hole
47    ffffc90000000000 |  -55    TB | ffffe8ffffffffff |   32 TB | vmalloc/ioremap space (vmalloc_base)
48    ffffe90000000000 |  -23    TB | ffffe9ffffffffff |    1 TB | ... unused hole
49    ffffea0000000000 |  -22    TB | ffffeaffffffffff |    1 TB | virtual memory map (vmemmap_base)
50    ffffeb0000000000 |  -21    TB | ffffebffffffffff |    1 TB | ... unused hole
51    ffffec0000000000 |  -20    TB | fffffbffffffffff |   16 TB | KASAN shadow memory
52   __________________|____________|__________________|_________|____________________________________________________________
53                                                               |
54                                                               | Identical layout to the 56-bit one from here on:
55   ____________________________________________________________|____________________________________________________________
56                     |            |                  |         |
57    fffffc0000000000 |   -4    TB | fffffdffffffffff |    2 TB | ... unused hole
58                     |            |                  |         | vaddr_end for KASLR
59    fffffe0000000000 |   -2    TB | fffffe7fffffffff |  0.5 TB | cpu_entry_area mapping
60    fffffe8000000000 |   -1.5  TB | fffffeffffffffff |  0.5 TB | ... unused hole
61    ffffff0000000000 |   -1    TB | ffffff7fffffffff |  0.5 TB | %esp fixup stacks
62    ffffff8000000000 | -512    GB | ffffffeeffffffff |  444 GB | ... unused hole
63    ffffffef00000000 |  -68    GB | fffffffeffffffff |   64 GB | EFI region mapping space
64    ffffffff00000000 |   -4    GB | ffffffff7fffffff |    2 GB | ... unused hole
65    ffffffff80000000 |   -2    GB | ffffffff9fffffff |  512 MB | kernel text mapping, mapped to physical address 0
66    ffffffff80000000 |-2048    MB |                  |         |
67    ffffffffa0000000 |-1536    MB | fffffffffeffffff | 1520 MB | module mapping space
68    ffffffffff000000 |  -16    MB |                  |         |
69       FIXADDR_START | ~-11    MB | ffffffffff5fffff | ~0.5 MB | kernel-internal fixmap range, variable size and offset
70    ffffffffff600000 |  -10    MB | ffffffffff600fff |    4 kB | legacy vsyscall ABI
71    ffffffffffe00000 |   -2    MB | ffffffffffffffff |    2 MB | ... unused hole
72   __________________|____________|__________________|_________|___________________________________________________________
75 Complete virtual memory map with 5-level page tables
76 ====================================================
78 .. note::
80  - With 56-bit addresses, user-space memory gets expanded by a factor of 512x,
81    from 0.125 PB to 64 PB. All kernel mappings shift down to the -64 PB starting
82    offset and many of the regions expand to support the much larger physical
83    memory supported.
87   ========================================================================================================================
88       Start addr    |   Offset   |     End addr     |  Size   | VM area description
89   ========================================================================================================================
90                     |            |                  |         |
91    0000000000000000 |    0       | 00ffffffffffffff |   64 PB | user-space virtual memory, different per mm
92   __________________|____________|__________________|_________|___________________________________________________________
93                     |            |                  |         |
94    0100000000000000 |  +64    PB | feffffffffffffff | ~16K PB | ... huge, still almost 64 bits wide hole of non-canonical
95                     |            |                  |         |     virtual memory addresses up to the -64 PB
96                     |            |                  |         |     starting offset of kernel mappings.
97   __________________|____________|__________________|_________|___________________________________________________________
98                                                               |
99                                                               | Kernel-space virtual memory, shared between all processes:
100   ____________________________________________________________|___________________________________________________________
101                     |            |                  |         |
102    ff00000000000000 |  -64    PB | ff0fffffffffffff |    4 PB | ... guard hole, also reserved for hypervisor
103    ff10000000000000 |  -60    PB | ff10ffffffffffff | 0.25 PB | LDT remap for PTI
104    ff11000000000000 |  -59.75 PB | ff90ffffffffffff |   32 PB | direct mapping of all physical memory (page_offset_base)
105    ff91000000000000 |  -27.75 PB | ff9fffffffffffff | 3.75 PB | ... unused hole
106    ffa0000000000000 |  -24    PB | ffd1ffffffffffff | 12.5 PB | vmalloc/ioremap space (vmalloc_base)
107    ffd2000000000000 |  -11.5  PB | ffd3ffffffffffff |  0.5 PB | ... unused hole
108    ffd4000000000000 |  -11    PB | ffd5ffffffffffff |  0.5 PB | virtual memory map (vmemmap_base)
109    ffd6000000000000 |  -10.5  PB | ffdeffffffffffff | 2.25 PB | ... unused hole
110    ffdf000000000000 |   -8.25 PB | fffffbffffffffff |   ~8 PB | KASAN shadow memory
111   __________________|____________|__________________|_________|____________________________________________________________
112                                                               |
113                                                               | Identical layout to the 47-bit one from here on:
114   ____________________________________________________________|____________________________________________________________
115                     |            |                  |         |
116    fffffc0000000000 |   -4    TB | fffffdffffffffff |    2 TB | ... unused hole
117                     |            |                  |         | vaddr_end for KASLR
118    fffffe0000000000 |   -2    TB | fffffe7fffffffff |  0.5 TB | cpu_entry_area mapping
119    fffffe8000000000 |   -1.5  TB | fffffeffffffffff |  0.5 TB | ... unused hole
120    ffffff0000000000 |   -1    TB | ffffff7fffffffff |  0.5 TB | %esp fixup stacks
121    ffffff8000000000 | -512    GB | ffffffeeffffffff |  444 GB | ... unused hole
122    ffffffef00000000 |  -68    GB | fffffffeffffffff |   64 GB | EFI region mapping space
123    ffffffff00000000 |   -4    GB | ffffffff7fffffff |    2 GB | ... unused hole
124    ffffffff80000000 |   -2    GB | ffffffff9fffffff |  512 MB | kernel text mapping, mapped to physical address 0
125    ffffffff80000000 |-2048    MB |                  |         |
126    ffffffffa0000000 |-1536    MB | fffffffffeffffff | 1520 MB | module mapping space
127    ffffffffff000000 |  -16    MB |                  |         |
128       FIXADDR_START | ~-11    MB | ffffffffff5fffff | ~0.5 MB | kernel-internal fixmap range, variable size and offset
129    ffffffffff600000 |  -10    MB | ffffffffff600fff |    4 kB | legacy vsyscall ABI
130    ffffffffffe00000 |   -2    MB | ffffffffffffffff |    2 MB | ... unused hole
131   __________________|____________|__________________|_________|___________________________________________________________
133 Architecture defines a 64-bit virtual address. Implementations can support
134 less. Currently supported are 48- and 57-bit virtual addresses. Bits 63
135 through to the most-significant implemented bit are sign extended.
136 This causes hole between user space and kernel addresses if you interpret them
137 as unsigned.
139 The direct mapping covers all memory in the system up to the highest
140 memory address (this means in some cases it can also include PCI memory
141 holes).
143 vmalloc space is lazily synchronized into the different PML4/PML5 pages of
144 the processes using the page fault handler, with init_top_pgt as
145 reference.
147 We map EFI runtime services in the 'efi_pgd' PGD in a 64Gb large virtual
148 memory window (this size is arbitrary, it can be raised later if needed).
149 The mappings are not part of any other kernel PGD and are only available
150 during EFI runtime calls.
152 Note that if CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY is enabled, the direct mapping of all
153 physical memory, vmalloc/ioremap space and virtual memory map are randomized.
154 Their order is preserved but their base will be offset early at boot time.
156 Be very careful vs. KASLR when changing anything here. The KASLR address
157 range must not overlap with anything except the KASAN shadow area, which is
158 correct as KASAN disables KASLR.
160 For both 4- and 5-level layouts, the STACKLEAK_POISON value in the last 2MB
161 hole: ffffffffffff4111