在 Linux 系统中,采用了虚拟内存管理技术,事实上大多数现在操作系统都是如此!在 Linux 系统中,每一个进程都在自己独立的地址空间中运行,在 32 位系统中,每个进程的逻辑地址空间均为 4GB,这 4GB 的内存空间按照 3:1 的比例进行分配,其中用户进程享有 3G 的空间,而内核独自享有剩下的 1G 空间,如下所示:
这里说的物理地址是内存中的内存单元实际地址,不是外部总线连接的其他电子元件的地址!
虚拟内存就是在你电脑的物理内存不够用时把一部分硬盘空间作为内存来使用,这部分硬盘空间就叫作虚拟内存。
面试的时候经常会被问到 malloc 的实现。从操作系统层面来说,malloc 确实是考察面试者对操作系统底层的存储管理理解的一个很好的方式,涉及到虚拟内存、分页/分段等。下面逐个细说。
https://juejin.im/post/5ccd6bb3e51d453a5604c42e”
虚拟内存是一种操作系统提供的机制,用于将每个进程分配的独立的虚拟地址空间映射到实际的物理内存地址空间上。通过使用虚拟内存,操作系统可以有效地解决多个应用程序直接操作物理内存可能引发的冲突问题。
我们的动态库默认就是一个磁盘级别的文件。当我们的程序开始运行时,当程序运行到需要用到库中的实现方法时,库的代码和数据就会被加载到物理内存当中。库的实现方法一定是要跟程序运行起来所形成的进程产生关联的,动态库加载后,会被映射到该进程的地址空间中,准确来说,是先在页表中填写好对应虚拟地址和物理地址之间的映射关系,才被映射到进程地址空间中的共享区中。
该文介绍了Linux系统编程中进程地址空间的基本概念和详细说明。包括分段机制、虚拟地址、分页机制、环境变量、命令行参数、栈、共享库和mmap内存映射区等。
CPU可以在一个cpu时钟内执行一个或多个其内置寄存器的指令。而访问内存需多个cpu时钟。由于内存频繁访问,可以再cpu与内存之间增加高速缓存
通用操作系统,通常都会开启mmu来支持虚拟内存管理,而页表管理是在虚拟内存管理中尤为重要,本文主要以回答几个页表管理中关键性问题来解析Linux内核页表管理,看一看页表管理中那些鲜为人知的秘密。
大家早上好,我是程序喵!今天为大家总结整理了关于操作系统内存管理的知识点,更文不易,请各位兄弟别忘分享或者点个在看,多谢
应用程序和驱动程序之间传递数据时,可以通过read、write函数进行。这涉及在用户态buffer和内核态buffer之间传数据,如下图所示:
1、用户编制程序时使用的地址称为虚地址或逻辑地址,其对应的存储空间称为虚存空间或逻辑地址空间;而计算机物理内存的访问地址则称为实地址或物理地址,其对应的存储空间称为物理存储空间或主存空间。
我们知道程序代码和数据必须驻留在内存中才能得以运行,然而系统内存数量很有限,往往不能容纳一个完整程序的所有代码和数据,更何况在多任务系统中,可能需要同时打开子处理程序,画图程序,浏览器等很多任务,想让内存驻留所有这些程序显然不太可能。因此首先能想到的就是将程序分割成小份,只让当前系统运行它所有需要的那部分留在内存,其它部分都留在硬盘。当系统处理完当前任务片段后,再从外存中调入下一个待运行的任务片段。的确,老式系统就是这样处理大任务的,而且这个工作是由程序员自行完成。但是随着程序语言越来越高级,程序员对系统体系的依赖程度降低了,很少有程序员能非常清楚的驾驭系统体系,因此放手让程序员负责将程序片段化和按需调入轻则降低效率,重则使得机器崩溃;再一个原因是随着程序越来越丰富,程序的行为几乎无法准确预测,程序员自己都很难判断下一步需要载入哪段程序。因此很难再靠预见性来静态分配固定大小的内存,然后再机械地轮换程序片进入内存执行。系统必须采取一种能按需分配而不需要程序员干预的新技术。
导语:掐指一算自己从研究生开始投入到Linux的海洋也有几年的时间,即便如此依然对其各种功能模块一知半解。无数次看了Linux内核的技术文章后一头雾水,为了更系统地更有方法的学Linux,特此记录。 历史 1991年,还在芬兰赫尔辛基大学上学的Linus Torvalds在自己的Intel 386计算机上开发了属于他自己的第一个程序,并利用Internet发布了他开发的源代码,将其命名为Linux,从而创建了Linux操作系统,并在同年公开了Linux的代码,从而开启了一个伟大的时代。在之后的将近30年的
导语:掐指一算自己从研究生开始投入到Linux的海洋也有几年的时间,即便如此依然对其各种功能模块一知半解。无数次看了Linux内核的技术文章后一头雾水,为了更系统地更有方法的学Linux,特此记录。 历史 1991年,还在芬兰赫尔辛基大学上学的Linus Torvalds在自己的Intel 386计算机上开发了属于他自己的第一个程序,并利用Internet发布了他开发的源代码,将其命名为Linux,从而创建了Linux操作系统,并在同年公开了Linux的代码,从而开启了一个伟大的时代。在之后的将近30
对于精通 CURD 的业务同学,内存管理好像离我们很远,但这个知识点虽然冷门(估计很多人学完根本就没机会用上)但绝对是基础中的基础。
纠正一直以来的对地址(指针)的层次上的错误观点!深入学习进程地址空间并克服Linux学习的第一道险关:4.1中的3:统一性!
1. 一句话总结 内存虚拟化解决虚拟机里面的进程如何访问物理机上的内存这一问题。 GuestOS本身有虚拟地址空间,用GVA表示。虚拟机认为自己独占整个内存空间,用GPA表示。 HostOS本身有虚拟机地址空间,用HVA表示。宿主机本身有物理内存空间,用HPA表示。 好,内存虚拟化的问题变成了GVA->HPA的映射问题。 GVA->GPA通过GuestOS页表映射。HVA->HPA通过HostOS页表映射。因此,只要建立GPA->HVA的映射关系,即可解决内存虚拟化的问题。但,这样三段逐次映射,效率低下
有一个不会经常深入讨论但非常重要的方面是大内存页(Hugepages)和转译后备缓冲器(Translation Lookaside Buffer,TLB)的作用。在本系列文章中,我们将解释它们是什么,为什么它们重要,以及如何使用它们。我们将关注运行在64位X86硬件上的 Linux 操作系统,但是大多数观点也适用于其他体系结构。
之所以这样构造是因为会使操作系统很方便的为每个应用程序构造页表,即虚拟页和物理页映射关系表
内存虚拟化是一个很大的话题,最近安全部门发现了一个qemu内存虚拟化的安全漏洞,反馈给云平台让解决,感觉很棘手,引起了我对内存虚拟化的思考,想到什么问题就把思考记录下来。
计算机是用来执行简单任务的复杂机器:比如 上网、文本编辑、网页服务、视频游戏……,还可以对数据进行操作,图片 音乐 文本 数据库……
页表是操作系统为每个进程提供私有地址空间和内存的机制。页表决定了内存地址的含义,以及物理内存的哪些部分可以访问。它们允许xv6隔离不同进程的地址空间,并将它们复用到单个物理内存上。
长时间运行的Linux服务器,通常 free 的内存越来越少,让人觉得 Linux 特别能“吃”内存,甚至有人专门做了个网站 LinuxAteMyRam.com解释这个现象。实际上 Linux 内核会尽可能的对访问过的文件进行缓存,来弥补磁盘和内存之间巨大的延迟差距。缓存文件内容的内存就是 Page Cache。
1. 从程序的运行结果可以看出一些端倪,就是一个全局变量在地址并未改变的情况下,竟然出现了不同的值,这说明什么呢?首先一个变量肯定是只能有一个值的,但是地址只有一个,而变量的值却出现了两个,那么就必须说明一个结论,现在在内存中应该出现了两个变量了,因为一个变量是绝对不可能出现两个值的,所以我们可以推导出的结论就是内存中现在一定出现了两个全局变量global_value。
能否站在程序员的视角看来,程序分段存放在内存上的模样是连续的,但是站在物理内存视角看来,却是分页管理的呢?
一般情况下,Linux系统中进程的4GB内存空间被划分为2个部分-------用户空间和内核空间,大小分别为0~3G,3~4G。用户进程通常,只能访问用户空间的虚拟地址,不能访问内核空间的虚拟地址。
一个系统中的进程是与其他进程共享 CPU 和主存资源的。然而,共享主存会形成一些特殊的挑战。
冯-诺依曼老爷子告诉过我们,算术逻辑单元和控制器单元组成的 CPU 负责进行运算以及程序流程的控制。运算所需要的指令和数据由 内存 来提供。
上一篇我们了解了内存在内核态是如何管理的,本篇文章我们一起来看下内存在用户态的使用情况,如果上一篇文章说是内核驱动工程师经常面对的内存管理问题,那本篇就是应用工程师常面对的问题。
Linux 内存管理模型非常直接明了,因为 Linux 的这种机制使其具有可移植性并且能够在内存管理单元相差不大的机器下实现 Linux,下面我们就来认识一下 Linux 内存管理是如何实现的。
如果一个作业,需要全部装入内存后方能运行,会有什么情况? (1) 有的作业很大,其所要求的内存空间超过了内存总容量,作业不能全部被装入内存,致使该作业无法运行; (2) 有大量作业要求运行,但由于内存容量不足以容纳所有这些作业,只能将少数作业装入内存让它们先运行,而将其它大量的作业留在外存上等待
过去,CPU的地址总线只有32位, 32的地址总线无论是从逻辑上还是从物理上都只能描述4G的地址空间(232=4Gbit),在物理上理论上最多拥有4G内存(除了IO地址空间,实际内存容量小于4G),逻辑空间也只能描述4G的线性地址空间。
在《图解 | CPU-Cache》一文中介绍了VIVT、PIPT、VIPT三种查找方式。下面分析一下其歧义别名问题。
内存管理是操作系统中经典的话题。小型嵌入式系统一次只需要执行一个任务,对内存管理没有要求。现代的操作系统通常要同时执行多个进程,多个进程所占用的内存之和通常超出物理内存的容量大小。即便内存容量也在不断的增长,但始终跟不上软件体积膨胀的速度。甚至有些庞大的程序所需要的内存就足以塞满整个物理内存空间。所以,现代操作系统的设计者就要想办法来调和系统的多任务同时运行、软件体积膨胀和有限的物理内存容量之间的冲突,想尽办法做到鱼和熊掌兼得。这就是本文所介绍的操作系统的内存管理。本文所介绍的主要是:
内存管理是指操作系统或编程语言运行时环境对计算机系统中的内存资源进行分配、使用和回收的过程。其主要目标是有效地管理内存资源,以提供给程序足够的内存空间来存储和执行程序所需的数据和指令。内存管理的作用包括:
理解Linux内核最好预备的知识点 Linux内核的特点 Linux内核的任务 内核的组成部分 哪些地方用到了内核机制? Linux进程 Linux创建新进程的机制 Linux线程 内核线程 地址空间与特权级别 虚拟地址与物理地址 特权级别(Linux的两种状态) 系统调用 设备驱动程序、块设备和字符设备 网络 文件系统
注意这里问的是为什么进程切换比线程慢,而不是问为什么进程比线程慢。当然这里的线程肯定指的是同一个进程中的线程。
主存(RAM) 是一件非常重要的资源,必须要认真对待内存。虽然目前大多数内存的增长速度要比 IBM 7094 要快的多,但是,程序大小的增长要比内存的增长还快很多。不管存储器有多大,程序大小的增长速度比内存容量的增长速度要快的多。下面我们就来探讨一下操作系统是如何创建内存并管理他们的。
在早些年,计算机都是专用的,一台计算机一生只干一件事情,比如微积分运算,人口统计,生成密码,计算机都有专门的用处,不能干其他事情
每个程序拥有自己的地址空间,这个地址空间被分割成多个块,每一块称为一页 (Page, 4KB)。
Linux虚拟内存的大小为2^32(在32位的x86机器上),内核将这4G字节的空间分为两部分。最高的1G字节(从虚地址0xC0000000到0xFFFFFFFF)供内核使用,称为“内核空间”。而较低的3G字节(从虚地址0x00000000到0xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为“用户空间”。也就是说,在这4G的内存中,0-3G是给用户留下的用户空间,这段空间是各个进程独立,无法互相访问的,3-4G是进程的内核空间,每个进程可以通过系统调用进入内核,因此,Linux内核空间由系统内的所有进程共享。于是,从具体进程的角度来看,每个进程可以拥有4G字节的虚拟地址空间(也叫虚拟内存)。
本文是关于操作系统中逻辑地址和物理地址之间的区别。计算机操作系统中的内存使用两种不同类型的地址。物理地址是内存的实际地址,如RAM,虚拟地址只是缓存和RAM之间的逻辑地址映射。
进程是资源分配的基本单位,线程是 CPU 调度的基本单位。进程拥有独立的地址空间,线程是共享内存地址的。进程切换的开销比线程要大。
由于内存数据是固定的一个大数组,而操作系统往往是运行多个程序,如果这些程序都直接访问内存数组的话,就出现了以下问题:
Kmalloc分配的是连续的物理地址空间。如果需要连续的物理页,可以使用此函数,这是内核中内存分配的常用方式,也是大多数情况下应该使用的内存分配方式。
缓冲区是所有 I/O 的基础,I/O 讲的无非就是把数据移进或移出缓冲区;进程执行 I/O
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