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。
作者:Cheetah老师一直从业于半导体行业,他曾为U-boot社区和Linux内核社区提交过若干补丁。目前主要从事Linux相关系统软件开发工作,负责Soc芯片BringUp及系统软件开发,喜欢阅读内核源代码,在不断的学习和工作中深入理解内存管理,进程调度,文件系统,设备驱动等内核子系统。
内存映射mmap是Linux内核的一个重要机制,它和虚拟内存管理以及文件IO都有直接的关系,这篇细说一下mmap的一些要点。
在Linux内核中,无论如何切换进程,内核地址空间转换到物理地址的关系是永远不变的,主要原因是内核地址空间在所有进程中是共享的。这种设计有几个关键点:
对于此现象,我们在前文也知道了,这是由于进程的独立性,子进程在对数据进行修改时,会触发写时拷贝所造成的。但是,假如这里的地址是物理地址的话,同一块地址处却有不同的值,这肯定是不现实的。★因此,我们可以得出这样的结论:
快表其实是 TLB,是 CPU 封装在芯片里的一个东西,这个概念我在这篇也有讲到:真棒!20 张图揭开内存管理的迷雾,瞬间豁然开朗
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。
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
韩传华,就职于国内一家半导体公司,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。
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。
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。
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
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
常见的内存分配函数有malloc,mmap等,但大家有没有想过,这些函数在内核中是怎么实现的?换句话说,Linux内核的内存管理是怎么实现的?
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?
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。
页表有许多条目。32位系统下,物理内存是4G即2^32字节,即有2^32个地址。其中物理内存中被划分为许多页框(或者叫块),页框大小4KB。相应的磁盘也被划分为许多页帧,页帧大小也是4KB,这样OS将数据从磁盘加载到内存或内存保存到磁盘上就是以4KB为单位。回到内存,内存有2^32个地址,那么就有2^32个地址需要被映射。页表就需要建立2^32个逻辑地址与物理地址的映射。
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。
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。
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。
地址空间是进程能看到的资源窗口:一个进程能看到代码区、共享区、内核区、堆栈区,大部分的资源都是在地址空间上看到的
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
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。
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。
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。
离散分配 分页(Paging),分段,段页式 一、分页 一个进程的物理地址可以是非连续的; 将物理内存分成固定大小的块,称为块(frame); 将逻辑内存分为同样大小的块,称为页(page); 将连续的页分配并存放到不连续的若干内存块中; 建立页表,记录每一页对应的存储块的块号,将逻辑地址转换为物理地址。 将产生内部碎片 地址转换方法 将逻辑地址转换为虚拟地址: CPU生成的地址分成以下两部分: 1.页号(p):页号作为页表中的索引。页表中包含每页所在物理内存的基地址。 2.页偏移(d):与页的基地址组合就
如果程序直接引用物理地址,可能导致内存只能使用一个程序。因为其他程序也运行的话,可能会直接占用前一个程序的物理地址。
什么是命令行参数呢?首先我们得先知道,主函数是可以传参的!而这个传给主函数的参数就是命令行参数。
作者:freeboy1015 来源:http://lib.csdn.net/article/linux/62126 一. mmap系统调用 1. mmap系统调用 mmap将一个文件或者其它对象映射进内存。文件被映射到多个页上,如果文件的大小不是所有页的大小之和,最后一个页不被使用的空间将会清零。munmap执行相反的操作,删除特定地址区域的对象映射。 当使用mmap映射文件到进程后,就可以直接操作这段虚拟地址进行文件的读写等操作,不必再调用read,write等系统调用.但需注意,直
为了支持这些特性,Linux namespace 实现了 6 项资源隔离,基本上涵盖了一个小型操作系统的运行要素,包括主机名、用户权限、文件系统、网络、进程号、进程间通信。
在用户的视角里,每个进程都有自己独立的地址空间,A进程的4GB和B进程4GB是完全独立不相关的,他们看到的都是操作系统虚拟出来的地址空间。但是呢,虚拟地址最终还是要落在实际内存的物理地址上进行操作的。操作系统就会通过页表的机制来实现进程的虚拟地址到物理地址的翻译工作。其中每一页的大小都是固定的。这一段我不想介绍的太过于详细,对这个概念不熟悉的同学回去翻一下操作系统的教材。
现代系统都是多任务系统,而我们的进程是在内存中运行的,内存是有限的,我们如何保证可以安全而又高效的在有限的内存中运行多个程序呢?于是系统给每个进程抽象出一个地址空间。
OS的正常工作依赖于存储程序原理、堆栈、中断三个部分。 linux内核从一个初始化上下文环境的函数开始执行,即start_kernel函数,创建多个进程或者fork(创建一个与原来进程几乎完全相同的进程)若干进程,我们为每个进程维护一个进程描述和以及进程间的关系PCB。 当中断发生的时候,如mykernel中就是时钟中断发生之后,接下来OS就会为各进程进行调度,利用Swich_to函数在调度队列中选取出一个适合的进程(系统会根据中断向量号来调用相应的中断异常程序)。由CPU和内核堆栈保存当前进程的各寄存器信息(CPU要做两件工作,一是将当前的eip和esp压入到当前进程的内核栈,二是将esp指向当前进程的内核栈,并将eip指向中断处理入口,进入到内核态。),将eip指向要调度的进程执行的代码区,开始执行。
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。
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。
非连续分配管理方式允许一个程序分散地装入到不相邻的内存分区,根据分区的大小是否固定分为分页式存储管理方式和分段式存储管理方式。分页存储管理方式中,又根据运行作业时是否要把作业的所有页面都装入内存才能运行分为基本分页式存储管理方式和请求分页式存储管理方式。
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。
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).
为了防止不同进程同一时刻在物理内存中运行而对物理内存的争夺和践踏,采用了虚拟内存。
大家在学习语言阶段应该都听到过内存的概念,那么大家脑子里的固态思维就有这样一张图:
大家在看内核代码时会经常看的以上术语,但在ARM的芯片手册中并没有用到这些术语,而是使用L1,L2,L3页表这种术语。
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
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,
所谓的内存映射就是把物理内存映射到进程的地址空间之内,这些应用程序就可以直接使用输入输出的地址空间,从而提高读写的效率。Linux提供了mmap()函数,用来映射物理内存。在驱动程序中,应用程序以设备文件为对象,调用mmap()函数,内核进行内存映射的准备工作,生成vm_area_struct结构体,然后调用设备驱动程序中定义的mmap函数。
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
来源:http://lib.csdn.net/article/linux/62126
如果采用可变分区进行管理,我们需要使用空闲分区表或者空闲分区链表的方式来记录当前内存中各个空闲分区块。
内存是计算机的主存储器。内存为进程开辟出进程空间,让进程在其中保存数据。我将从内存的物理特性出发,深入到内存管理的细节,特别是了解虚拟内存和内存分页的概念。
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