下面从地址空间划分、高端内存、页表结构、内核映射、内存域、MMU与权限、性能特性七个方面，清晰对比 ARM32（ARMv7）与 ARM64（AArch64）Linux 的内存管理差异。
一、虚拟地址空间划分（最直观差异）
ARM32（32位，4GB总空间）
- 默认 3G/1G 分割（可通过 CONFIG_VMSPLIT 改 2:2 或 1:3）
- 用户： 0x00000000 ~ 0xBFFFFFFF （3GB，每进程独立）
- 内核： 0xC0000000 ~ 0xFFFFFFFF （1GB，所有进程共享）
ARM64（64位，默认48位地址，256TB总空间）
- 固定 128TB/128TB 对称分割
- 用户： 0x000000000000 ~ 0x0000FFFFFFFFFFFF （低128TB）
- 内核： 0xFFFF000000000000 ~ 0xFFFFFFFFFFFFFFFF （高128TB）
- 无地址空间大小限制，不存在32位的4GB瓶颈。
二、高端内存（Highmem）：ARM32 的痛点，ARM64 完全消失
ARM32：必须有 Highmem
- 内核仅 1GB 虚拟地址，直接映射（线性映射）最多 896MB 物理内存（ PAGE_OFFSET=0xC0000000 ）
- 物理内存 > 896MB 时，超出部分为 Highmem（高端内存），需临时映射（ kmap / kunmap ）或永久映射（ pkmap ），开销大、有锁、不可直接访问
- 典型划分：- 0xC0000000 ~ 0xF0000000 ：线性映射（896MB，lowmem）
- 0xF0000000 ~ 0xF8000000 ：pkmap（永久映射Highmem，约128MB）
- 0xF8000000 ~ 0xFFFFFFFF ：vmalloc、fixmap、ioremap 等
ARM64：彻底无 Highmem
- 内核空间巨大（128TB），所有物理内存都可直接线性映射（ PAGE_OFFSET=0xFFFF800000000000 ）
- 无需 kmap/pkmap，内核可直接访问全部物理内存，无映射开销、无锁、性能高
三、页表结构（层级与复杂度）
ARM32：2~3 级页表，硬件限制多
- 4KB 页：2 级页表（PGD → PTE），Linux 逻辑上视为 3 级（含 PMD）
- 64KB 大页：1 级段映射
- 页表项（PTE）无完整的 dirty/accessed 位，Linux 需做兼容处理
ARM64：3~4 级页表，规整强大
- 4KB 页：3 级（39位/512GB）或 4 级（48位/256TB）（PGD → PUD → PMD → PTE）
- 64KB 页：2 级页表
- 页表项硬件原生支持所有内存管理标志（dirty、accessed、NX、PXN 等），Linux 无需 workaround
四、内核线性映射（直接映射）
ARM32
- 线性映射区 仅 896MB，物理内存超过即需 Highmem
- 虚拟地址 ↔ 物理地址： virt = phys + 0xC0000000 （仅限 lowmem）
ARM64
- 线性映射区 覆盖全部物理内存（最大支持 PB 级）
- 虚拟地址 ↔ 物理地址： virt = phys + 0xFFFF800000000000 （全局统一）
五、内存域（ZONE）划分
ARM32
- ZONE_NORMAL ：lowmem（≤896MB），内核直接访问
- ZONE_HIGHMEM ：>896MB，需动态映射
- ZONE_DMA ：低端物理内存（通常 <256MB），用于 DMA 设备
ARM64
- 无 ZONE_HIGHMEM
- ZONE_DMA / ZONE_DMA32 ：按物理地址范围划分（如 <4GB），用于 32 位 DMA 设备
- 所有内存都属于 ZONE_NORMAL （线性映射），管理更简单
六、MMU 与特权级、安全特性
ARM32（ARMv7）
- 特权级：EL0（用户）、EL1（内核）
- 页表基址： TTBR0 （用户）、 TTBR1 （内核），32 位
- 安全扩展：TrustZone（Secure/Non-Secure），但内存隔离较弱
- 无 NX（不可执行）、PXN（特权不可执行） 硬件原生支持，需软件模拟
ARM64（ARMv8）
- 特权级：EL0~EL3（EL2 虚拟化、EL3 安全监控）
- 页表基址： TTBR0 （用户，64位）、 TTBR1 （内核，64位），按地址最高位（bit63）自动选择
- 硬件原生支持：NX、PXN、PAN（特权不可访问用户），安全性大幅提升
- 更严格的内存权限控制，漏洞利用难度更高
七、性能与适用场景
ARM32
- 优势：代码小、占用内存少、适合低端嵌入式（<1GB 内存）
- 劣势：Highmem 映射开销大、内存 >1GB 性能下降、4GB 地址瓶颈
ARM64
- 优势：无 Highmem、线性映射全部内存、页表规整、安全特性强、支持大内存（>4GB）、性能高
- 劣势：代码体积大、内存占用多、需 64 位硬件支持
总结：一句话核心差异
- ARM32：4GB 地址受限、内核仅 1GB、必须 Highmem、页表简单但有缺陷、安全弱、适合小内存嵌入式。
- ARM64：256TB 地址空间、内核直接映射全部内存、无 Highmem、页表强大规整、安全强、适合大内存服务器/高端嵌入式。
