在虚拟内存中，页表是个映射表的概念, 即从进程能理解的线性地址(linear address)映射到存储器上的物理地址(phisical address).
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。
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与硬件相关的代码全部放在 arch（architecture 一词的缩写，即体系结构相关）目录下。
本文涉及的硬件平台是X86，如果是其他平台的话，如ARM，是会使用到MMU，但是没有使用到分段机制； 最近在学习Linux内核，读到《深入理解Linux内核》的内存寻址一章。原本以为自己对分段分页机制已经理解了，结果发现其实是一知半解。于是，查找了很多资料，最终理顺了内存寻址的知识。现在把我的理解记录下来，希望对内核学习者有一定帮助，也希望大家指出错误之处。
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。
最近一直在学习内存管理，也知道MMU是管理内存的映射的逻辑IP，还知道里面有个TLB。
如上图，程序1、程序2、程序3装入到内存，而程序2运行完成被换出，内存空闲出20k，然后进来程序4，大小为25K，此时，只有两处空闲块，10K和20K，没有一处是符合条件的，应该怎么办？一个明显的办法就是将两块空闲区域进行合并，形成一个大小为30K的空闲块满足程序4。
本文介绍了地址空间和二级页表、Linux下的线程、线程的优缺点以及线程与进程的关系等概念。
摘 要：本文通过解剖Linux操作系统的虚拟存储管理机制，说明了Linux虚拟存储的特点、虚拟存储器的实现方法，并基于Linux Kernel Source 1.0，详细分析有关虚拟存诸管理的主要数据结构之间的关系。
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。
Linux操作系统概述 Q1.什么是GNU？Linux与GNU有什么关系？ A： 1)GNU是GNU is Not Unix的递归缩写，是自由软件基金会(Free Software Foundation，FSF)的一个项目，该项目已经开发了许多高质量的编程工具，包括emacs编辑器、著名的GNU C和C++编译器(gcc和g++)； 2)Linux的开发使用了许多GNU工具，Linux系统上用于实现POSIX.2标准的工具几乎都是由GNU项目开发的；Linux内核、GNU工具以及其它一些自由软件组成
注：本分类下文章大多整理自《深入分析linux内核源代码》一书，另有参考其他一些资料如《linux内核完全剖析》、《linux c 编程一站式学习》等，只是为了更好地理清系统编程和网络编程中的一些概念性问题，并没有深入地阅读分析源码，我也是草草翻过这本书，请有兴趣的朋友自己参考相关资料。此书出版较早，分析的版本为2.4.16，故出现的一些概念可能跟最新版本内核不同。
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。
作者简介： 程磊，一线码农，在某手机公司担任系统开发工程师，日常喜欢研究内核基本原理。 1.1 内存管理的意义 1.2 原始内存管理 1.3 分段内存管理 1.4 分页内存管理 1.5 内存管理的目标 1.6 Linux内存管理体系 2.1 物理内存节点 2.2 物理内存区域 2.3 物理内存页面 2.4 物理内存模型 2.5 三级区划关系 3.1 Buddy System 3.1.1 伙伴系统的内存来源 3.1.2 伙伴系统的管理数据结构 3.1.3 伙伴系统的算法逻辑 3.1.4 伙伴系统的接口 3.1
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？
本章我们从硬件底层开始，首先研究TLB机制以及如何设置。在此基础上分别研究裸机程序和操作系统下内存管理机制。
熊军（老熊） 云和恩墨西区总经理 Oracle ACED，ACOUG核心会员 PC Server发展到今天，在性能方面有着长足的进步。64位的CPU在数年前都已经进入到寻常的家用PC之中，更别说是更高端的PC Server；在Intel和AMD两大处理器巨头的努力下，x86 CPU在处理能力上不断提升；同时随着制造工艺的发展，在PC Server上能够安装的内存容量也越来越大，现在随处可见数十G内存的PC Server。正是硬件的发展，使得PC Server的处理能力越来越强大，性能越来越高。而在稳定性
有了这个基本框架，我们对于语言的学习更加易于理解，但是地址空间究竟是什么❓我们对其并不了解，是不是内存呢？对于是什么这个问题，我们需要通过一个例子来进行切入，见一见现象
也就是我们实际中编码时遇到的内存地址并不是对应于实际内存上的地址，我们编码中使用的地址是一个逻辑地址，会通过分段和分页这两个机制把它转为物理地址。而由于linux使用的分段机制有限，可以认为，linux下的逻辑地址=线性地址。也就是，我们编码使用的是线性地址，之后只需要经过一个分页机制就可以把这个地址转为物理地址了。所以我们更重要的可能是去说明一下linux的分页模型。
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。
在 x86 系统中，内存管理中的分页机制是非常重要的，在Linux操作系统相关的各种书籍中，这部分内容也是重笔浓彩。
作者：mosun，腾讯 PCG 后台开发工程师 一、虚拟内存 1.1 虚拟内存引入 我们知道计算机由 CPU、存储器、输入/输出设备三大核心部分组成，如下： CPU 运行速度很快，在完全理想的状态下，存储器应该要同时具备以下三种特性： 速度足够快：这样 CPU 的效率才不会受限于存储器； 容量足够大：容量能够存储计算机所需的全部数据； 价格足够便宜：价格低廉，所有类型的计算机都能配备； 然而，出于成本考虑，当前计算机体系中，存储都是采用分层设计的，常见层次如下： 上图分别为寄存器、高速缓存、主存和磁盘，
1. Linux物理内存三级架构 对于内存管理，Linux采用了与具体体系架构不相关的设计模型，实现了良好的可伸缩性。它主要由内存节点node、内存区域zone和物理页框page三级架构组成。
虚拟内存是实现分段和分页的关键所在，而分段和分页是操作系统管理内存的两个核心机制。
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)。
KVM：Kernel-based Virtual Machine，是基于Linux内核的开源虚拟化解决方案，从2.6.20版本开始被合入kernel主分支维护。最初只支持X86平台的上支持VMX或者SVM的CPU，不久后被确认为标准Linux内核的虚拟化方案并逐步支持S390、IA64和PowerPC等体系架构；KVM本身只提供部分的虚拟化功能（虚拟CPU和内存），而由经过特殊改造后的Qemu(Qemu-kvm)来帮助下提供完整的平台虚拟化功能。
知乎上搜到一个比较有意思的话题：如何理解「进入内核态」，要回答好这个问题需要对内存管理及程序的运行机制有比较深刻的了解，比如你需要了解内存的分段，分页，中断，特权级等机制，信息量比较大，本文将会从 Intel CPU 的发展历史讲起，循序渐近地帮助大家彻底掌握这一概念，相信大家看了肯定有帮助，本文目录如下
什么是线程呢？下面我们直接说定义，再理解。线程就是进程内的一个执行分支，线程的执行粒度要比进程细。
韩传华，就职于南京大鱼半导体有限公司，主要从事linux相关系统软件开发工作，负责Soc芯片BringUp及系统软件开发，乐于分享喜欢学习，喜欢专研Linux内核源代码。
（外部）内存碎片是一个历史悠久的 Linux 内核编程问题，随着系统的运行，页面被分配给各种任务，随着时间的推移内存会逐步碎片化，最终正常运行时间较长的繁忙系统可能只有很少的物理页面是连续的。由于 Linux 内核支持虚拟内存管理，物理内存碎片通常不是问题，因为在页表的帮助下，物理上分散的内存在虚拟地址空间仍然是连续的 （除非使用大页），但对于需要从内核线性映射区分配连续物理内存的需求来说就会变的非常困难，比如通过块分配器分配结构体对象 （在内核态很常见且频繁的操作），或对不支持 scatter/gather 模式的 DMA 缓冲器的操作等，会引起频繁的直接内存回收/规整，导致系统性能出现较大的波动，或分配失败 （在慢速内存分配路径会根据页面分配标志位执行不同的操作）。
一、内存管理架构 二、虚拟地址空间布局架构 三、物理内存体系架构 四、内存结构 五、内存模型 六、虚拟地址和物理地址的转换 七、内存映射原理分析 一、内存管理架构 内存管理子系统架构可以分为：用户空间、内核空间及硬件部分3个层面，具体结构如下所示：1、用户空间：应用程序使用malloc()申请内存资源/free()释放内存资源。2、内核空间：内核总是驻留在内存中，是操作系统的一部分。内核空间为内核保留，不允许应用程序读写该区域的内容或直接调用内核代码定义的函数。3、硬件：处理器包含一个内存管理单元（Memo
很多小伙伴在学操作系统的时候，学习到内存管理的部分时，都会接触到分段内存管理、分页内存管理。
学习Linux系统编程一共要翻越三座大山 – 进程地址空间、文件系统以及多线程，这三部分内容很难但是非常重要；而今天我们将要征服的就是其中的第一座高山 – 进程地址空间。
进程中使用malloc/new都是在虚拟内存中开辟的空间，需要通过页表与物理内存建立联系以后才能拥有真正的物理空间，也就是说一个进程能看到多少资源取决于进程地址空间，但这个资源是否有效则取决于页表是否与物理内存之间建立映射关系，也即是进程地址空间是一个进程的资源窗口，页表决定进程到底有多少资源
1. 首先我们来看一个现象，当只有第一行代码时，编译是能通过的，但会报warning，当加了第二行代码时，编译无法通过，报error。 第一行代码能编过的原因是权限缩小，虽然ptr是可读可写的权限，但在指向常量字符串"hello world"之后，ptr的权限就变为了只读，所以如果仅仅修改一下权限，g++并不会报错，只是报个warning罢了，但当解引用ptr，将ptr指向的内容修改为"H"字符串后，编译器就会报错了，因为我们说ptr的权限是只读，因为常量字符串是不可修改的，你现在进行了ptr指向内容的修改，编译器则一定会报错。
Linux内核中采用了一种同时适用于32位和64位系统的内存分页模型，对于32位系统来说，两级页表足够用了，而在x86_64系统中，用到了四级页表。四级页表分别为：
本文旨在深入探讨Linux操作系统的虚拟内存管理机制。我们将从基本概念开始，逐步深入到内核级别的实现细节。为了达到这个目标，本文将结合理论讨论和实际的代码分析。我们希望通过这种方式，使读者对Linux虚拟内存管理有更深入的理解。
进入了线程这部分内容，我们需要了解更多的知识，大体就是线程概念，线程与进程的区别和联系、线程控制、线程创建、线程终止、线程等待、线程分离、线程安全、线程同步，除此之外我们还得学习互斥量、条件变量、POSIX信号量以及读写锁，最后我们还会介绍一些关于多进程的设计模式比如单例模式等，然后还会了解一下线程池的概念！
操作系统用于处理内存访问异常的入口操作系统的核心任务是对系统资源的管理，而重中之重的是对CPU和内存的管理。为了使进程摆脱系统内存的制约，用户进程运行在虚拟内存之上，每个用户进程都拥有完整的虚拟地址空间，互不干涉。而实现虚拟内存的关键就在于建立虚拟地址(Virtual Address,VA)与物理地址(Physical Address,PA)之间的关系，因为无论如何数据终究要存储到物理内存中才能被记录下来。
cgroup还有其他一些限制特性，如io，pid，hugetlb等，这些用处不多，参见Cgroupv1。下面介绍下与系统性能相关的io和hugepage，cgroup的io介绍参考Cgroup - Linux的IO资源隔离
廖威雄，目前就职于珠海全志科技股份有限公司从事linux嵌入式系统(Tina Linux)的开发，主要负责文件系统和存储的开发和维护，兼顾linux测试系统的设计和持续集成的维护。
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：
Linux内核由于存在page cache, 一般修改的文件数据并不会马上同步到磁盘，会缓存在内存的page cache中，我们把这种和磁盘数据不一致的页称为脏页，脏页会在合适的时机同步到磁盘。为了回写page cache中的脏页，需要标记页为脏。
mmap是linux操作系统提供给用户空间调用的内存映射函数，很多人仅仅只是知道可以通过mmap完成进程间的内存共享和减少用户态到内核态的数据拷贝次数，但是并没有深入理解mmap在操作系统内部是如何实现的，原理是什么。
本系列是对 陈莉君 老师 Linux 内核分析与应用[1] 的学习与记录。讲的非常之好，推荐观看
在介绍 HugePages 之前，我们先来回顾一下 Linux 下 虚拟内存 与 物理内存 之间的关系。
操作系统确实是比较难啃的一门课，至少我认为比计算机网络难太多了，但它的重要性就不用我多说了。
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