Documentation/arm64/memory.rst

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   2 Memory Layout on AArch64 Linux
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   5 Author: Catalin Marinas <catalin.marinas@arm.com>
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   7 This document describes the virtual memory layout used by the AArch64
   8 Linux kernel. The architecture allows up to 4 levels of translation
   9 tables with a 4KB page size and up to 3 levels with a 64KB page size.
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  11 AArch64 Linux uses either 3 levels or 4 levels of translation tables
  12 with the 4KB page configuration, allowing 39-bit (512GB) or 48-bit
  13 (256TB) virtual addresses, respectively, for both user and kernel. With
  14 64KB pages, only 2 levels of translation tables, allowing 42-bit (4TB)
  15 virtual address, are used but the memory layout is the same.
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  17 User addresses have bits 63:48 set to 0 while the kernel addresses have
  18 the same bits set to 1. TTBRx selection is given by bit 63 of the
  19 virtual address. The swapper_pg_dir contains only kernel (global)
  20 mappings while the user pgd contains only user (non-global) mappings.
  21 The swapper_pg_dir address is written to TTBR1 and never written to
  22 TTBR0.
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  25 AArch64 Linux memory layout with 4KB pages + 3 levels::
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  27   Start                 End                     Size            Use
  28   -----------------------------------------------------------------------
  29   0000000000000000      0000007fffffffff         512GB          user
  30   ffffff8000000000      ffffffffffffffff         512GB          kernel
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  33 AArch64 Linux memory layout with 4KB pages + 4 levels::
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  35   Start                 End                     Size            Use
  36   -----------------------------------------------------------------------
  37   0000000000000000      0000ffffffffffff         256TB          user
  38   ffff000000000000      ffffffffffffffff         256TB          kernel
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  41 AArch64 Linux memory layout with 64KB pages + 2 levels::
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  43   Start                 End                     Size            Use
  44   -----------------------------------------------------------------------
  45   0000000000000000      000003ffffffffff           4TB          user
  46   fffffc0000000000      ffffffffffffffff           4TB          kernel
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  49 AArch64 Linux memory layout with 64KB pages + 3 levels::
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  51   Start                 End                     Size            Use
  52   -----------------------------------------------------------------------
  53   0000000000000000      0000ffffffffffff         256TB          user
  54   ffff000000000000      ffffffffffffffff         256TB          kernel
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  57 For details of the virtual kernel memory layout please see the kernel
  58 booting log.
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  60
  61 Translation table lookup with 4KB pages::
  62
  63   +--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
  64   |63    56|55    48|47    40|39    32|31    24|23    16|15     8|7      0|
  65   +--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
  66    |                 |         |         |         |         |
  67    |                 |         |         |         |         v
  68    |                 |         |         |         |   [11:0]  in-page offset
  69    |                 |         |         |         +-> [20:12] L3 index
  70    |                 |         |         +-----------> [29:21] L2 index
  71    |                 |         +---------------------> [38:30] L1 index
  72    |                 +-------------------------------> [47:39] L0 index
  73    +-------------------------------------------------> [63] TTBR0/1
  74
  75
  76 Translation table lookup with 64KB pages::
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  78   +--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
  79   |63    56|55    48|47    40|39    32|31    24|23    16|15     8|7      0|
  80   +--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
  81    |                 |    |               |              |
  82    |                 |    |               |              v
  83    |                 |    |               |            [15:0]  in-page offset
  84    |                 |    |               +----------> [28:16] L3 index
  85    |                 |    +--------------------------> [41:29] L2 index
  86    |                 +-------------------------------> [47:42] L1 index
  87    +-------------------------------------------------> [63] TTBR0/1
  88
  89
  90 When using KVM without the Virtualization Host Extensions, the
  91 hypervisor maps kernel pages in EL2 at a fixed (and potentially
  92 random) offset from the linear mapping. See the kern_hyp_va macro and
  93 kvm_update_va_mask function for more details. MMIO devices such as
  94 GICv2 gets mapped next to the HYP idmap page, as do vectors when
  95 ARM64_HARDEN_EL2_VECTORS is selected for particular CPUs.
  96
  97 When using KVM with the Virtualization Host Extensions, no additional
  98 mappings are created, since the host kernel runs directly in EL2.