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).
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。
分段,是指将程序所需要的内存空间大小的虚拟空间,通过映射机制映射到某个物理地址空间(映射的操作由硬件完成)。分段映射机制解决了之前操作系统存在的两个问题:
内存管理的必要性 很早之前计算机只能运行单个进程,就算运行批处理程序,也是棑好对,一个一个的进行处理,不存在多个进程并发运行,这时候内核对于内存管理相对比较简单,直接把物理内存地址拿过来是使用即可。 随着计算机演进,支持多进程的OS,多个进程都都使用同一个物理地址空间,很容易多个进程之间相互干扰而引起进程的不可预期的行为。为了解决这个问题,CPU中的MMU(内存管理单元)引入了虚拟地址空间。以32位操作系统经为例,每个进程都可以拥有4G的寻址空间,当进程需要内存时候,通过转换技术和虚拟地址进行关联。MMU通
x86 CPU采用了段页式地址映射模型。进程代码中的地址为逻辑地址,经过段页式地址映射后,才真正访问物理内存。
对于没有启用物理地址扩展的32位系统,两级页表已经足够了。从本质上说Linux通过使“页上级目录”位和“页中间目录”位全为0,彻底取消了页上级目录和页中间目录字段。不过,页上级目录和页中间目录在指针序列中的位置被保留,以便同样的代码在32位系统和64位系统下都能使用。内核为页上级目录和页中间目录保留了一个位置,这是通过把它们的页目录项数设置为1,并把这两个目录项映射到页全局目录的一个合适的目录项而实现的。
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。
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
前面我们提到Linux内核仅使用了较少的分段机制,但是却对分页机制的依赖性很强,其使用一种适合32位和64位结构的通用分页模型,该模型使用四级分页机制,即
!dd 加上!, ! dd 物理地址 专门用于显示物理地址的.
每一个进程都有一张段表LDT。整个系统有一张GDT表。且整个系统仅仅有一个总页表。
free命令用于显示系统内存使用情况,包括物理内存(Physical Memory)、虚拟内存(Swap Memory)、共享内存(Shared Memory)以及内核使用的缓冲(Buffers)与缓存(Cached)大小。在Linux系统监控的工具中,free命令是最经常使用的命令之一。
正是由于在实模式下直接对物理内存进行读写,非常不安全,所以诞生了新的内存分段的映射方式,其目的就是对物理内存进行保护,而对内存进行保护需要注意的是一下三点: 1.内存的起始地址。 2.内存的长度。 3.内存的权限信息。
随着cpu技术发展,现在大部分移动设备、PC、服务器都已经使用上64bit的CPU,但是关于Linux内核的虚拟内存管理,还停留在历史的用户态与内核态虚拟内存3:1的观念中,导致在解决一些内存问题时存在误解。
http://bbs.chinaunix.net/thread-2083672-1-1.html
逻辑地址: 这个是邮编一起生成的.逻辑地址一般都是 段加段内偏移组成的.每个进程独享.
学习Windows程序设计也有一些时间了,为了记录自己的学习成果,以便以后查看,我希望自己能够坚持写下一系列的学习心得,对自己学习的内容进行总结,同时与大家交流。因为刚学习所以可能有的地方写不不正确,希望大家能够指出。
DOS时代 - 同一时间只能有一个进程在运行,单进程 windows9x开始,多个进程可以装入内存 引发问题: 内存撑爆 互相打扰
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。
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。
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。
ARM64架构处理器采用48位物理寻址机制,最大可以寻找到256TB的物理地址空间。对于目前的应用来说已经足够了,不需要扩展到64位的物理地址寻址。虚拟地址也同样最大支持48位支持,所以在处理器的架构设计上,把虚拟地址空间划分为两个空间,每个空间最大支持256TB。Linux内核在大多数体系结构中都把两个地址空间划分为用户空间和内核空间。
首先看linux进程在32位处理器下的虚拟空间内存布局,以i386 32位机器为例
这是x86的历史包袱。现在的CPU一般都是64位,至少也是32位的,所以需要写一段转换代码。
用户空间(User Space) :用户空间又包括用户的应用程序(User Applications)、C 库(C Library) 。
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
ABAQUS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件,具有以下主要功能:结构分析:ABAQUS可以进行静态和动态分析,包括线性和非线性分析,可以求解各种结构的应力、应变、位移、稳定性等问题。热力学分析:ABAQUS可以进行热传递、热膨胀、热应力等问题的热力学分析。动力学分析:ABAQUS可以进行振动分析、冲击响应、疲劳分析等动力学问题的求解。流体-结构耦合分析:ABAQUS可以进行流体-结构耦合分析,包括流固耦合、热流固耦合等问题。复合材料分析:ABAQUS可以对复合材料的层合板、复合材料结构的力学性能进行
本文为IBM RedBook的Linux Performanceand Tuning Guidelines的1.2节的翻译 原文地址:http://www.redbooks.ibm.com/redpapers/pdfs/redp4285.pdf 原文作者:Eduardo Ciliendo, Takechika Kunimasa, Byron Braswell 1.2 Linux内存架构 为了执行一个进程,Linux内核为请求的进程分配一部分内存区域。该进程使用该内存区域作为其工作区并执行请求的工作。它与你的
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。
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
PS:原先实模式下的各个段寄存器作为保护模式下的段选择器,80486中有6个(即CS,SS,DS,ES,FS,GS)80位的段寄存器。由选择器CS对应表示的段仍为代码段,选择器SS对应表示的段仍为堆栈段。
当然fs指向的地址未必一定要被映射,但fs指向的地址 + rsp 所指向的地址一定是被映射的地址,因为这就是影子栈的真实内存区域。 另外,在x64位下,cs,ds,ss,es都是平坦模式,也就是基地址都是从0地址开始,gs,fs特殊一下。windows 在x64下使用gs这个段寄存器代 替原来的fs段寄存器的功能,例如,gs:[30]指向TEB,不再是x86下面的fs:[30]指向TEB,对gs的操作一般通过swapgs指令把 IA32_KERNEL_GS_BASE值装填到GS.base当中,从而得到内
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。
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。
上一期《虚拟化与云计算硬核技术内幕 (7) —— 花名与破冰》中,我们经过研究《Intel64 & IA32 Architectures Software Developer Manual》,发现Intel通过给内存起“花名”(虚拟地址)实现了内存虚拟地址与物理地址解耦,但如果缺乏对VM root和VM Non-root状态下对内存地址访问的区分,会发生类似“破冰”的侵犯他人界限的现象。
之前写过一篇《CPU是如何访问内存的?》的文章,简单介绍了cpu访问内存的过程。有了之前的感性认识,这篇站在arm的角度再深度讲解一下,看完你会发现不理解arm原理就直接撸内核代码简直是耍流氓。
内存管理,相比大家都听过。但是内存管理到底是做什么呢?这就得从计算机刚出来的时候说起。计算机刚出来的时候内存资源很紧张,只有几十K,后来慢慢的到几百K,到周后来的512M,再到现在的几个G。真是因为内存资源的不足,在计算机的整个过程中衍生出各种各样的内存管理方法。
在《系统调用分析(1)》Linux内核之旅/张凯捷——系统调用分析(1)中,首先介绍了系统调用的概念,并对早期通过软中断(int 80)来进行系统调用的相关过程进行了分析,最后分析和介绍了为了提高系统调用的响应执行速度的两种机制——vsyscall和vDSO。
在存储器里以字节为单位存储信息,为正确地存放或取得信息,每一个字节单元给以一个唯一的存储器地址,称为物理地址(Physical Address),又叫实际地址或绝对地址。
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。
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。
程序到运行主要经过程序(外存)编译,链接,装入(内存)。《程序如何运行:编译、链接、装》:
Linux的内存管理分为 虚拟内存管理 和 物理内存管理,本文主要介绍 虚拟内存管理 的原理和实现。在介绍 虚拟内存管理 前,首先介绍一下 x86 CPU 内存寻址的具体过程。
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。
在引入虚拟地址概念以后,程序员和CPU看到的都是虚拟地址。当CPU尝试去访问某个虚拟地址的时候,这时候硬件单元MMU就会将此虚拟地址转化为物理地址,然后CPU再去访问。
在网上看到许多博客说 java 的 volatile 修饰的 double 和 long 在 32 位机上也是保证原子性的。
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。
64位系统可以访问超过 4GB 的超大内存地址空间,相比32位系统只能访问 4GB 的内存地址。 64位系统的性能有一定的提升,因为 CPU 有16个一般用途的寄存器,相比32位系统只有8个。 通过使用优化的 x64-64 CPU 指令,性能得到提升。 网上的一下测试表明同一应用程序64位系统比32位系统多消耗至少有60%以上的内存,这意味着需要支付更多的成本。 性能损失,因为64位是8字节,相比32位系统只有4字节。
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