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。
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。
上一节内容的学习我们知道了CPU是如何访问内存的,CPU拿到内存后就可以向其它人(kernel的其它模块、内核线程、用户空间进程、等等)提供服务,主要包括: 以虚拟地址(VA)的形式,为应用程序提供远大于物理内存的虚拟地址空间(Virtual Address Space) 每个进程都有独立的虚拟地址空间,不会相互影响,进而可提供非常好的内存保护(memory protection) 提供内存映射(Memory Mapping)机制,以便把物理内存、I/O空间、Kernel Image、文件等对象映射到相应进
上一节内容的学习我们知道了CPU是如何访问内存的,CPU拿到内存后就可以向其它人(kernel的其它模块、内核线程、用户空间进程、等等)提供服务,主要包括:
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
在学习C/C++时我们都有接触过内存区域划分这个概念,也知道它表示的是程序加载到内存中不同的数据所分布的不同的区域,但是我们并不清楚它是什么东西,在哪里存储着,为什么要有它,它又是怎样实现的。今天我们就来解决这些疑惑。
内存管理子系统可能是linux内核中最为复杂的一个子系统,其支持的功能需求众多,如页面映射、页面分配、页面回收、页面交换、冷热页面、紧急页面、页面碎片管理、页面缓存、页面统计等,而且对性能也有很高的要求。本文从内存管理硬件架构、地址空间划分和内存管理软件架构三个方面入手,尝试对内存管理的软硬件架构做一些宏观上的分析总结。
了解Linux环境下,进程的地址空间划分,对于我们理解Linux应用程序有很大的帮助,否则会被New与Malloc之类的指针操作弄的晕头转向,本文基于Linux内核讲述了Linux/Unix线性地址空间的划分,为你答疑解惑。从逻辑上来看,Unix程序的线性地址空间传统上被分为几个叫做段(segment)的区间。
对于 C/C++ 来说,程序中的内存包括这几部分:栈区、堆区、静态区 等,其中各个部分功能都不相同,比如函数的栈帧位于 栈区,动态申请的空间位于 堆区,全局变量和常量位于 静态区 ,区域划分的意义是为了更好的使用和管理空间,那么 真实物理空间 也是如此划分吗?多进程运行 时,又是如何区分空间的呢?写时拷贝 机制原理是什么?本文将对这些问题进行解答
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。
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!
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。
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。
有些书上对进程的描述是这样一句话:进程是在内存中的程序。一个运行起来(加载到内存)的程序称作进程。
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。
" ARM64 架构 " 中 , Linux 系统的 " 内核虚拟地址 “ 与 ” 用户虚拟地址 " 是等同的 ;
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。
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
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。
一个可执行文件被执行的同时也伴随着一个新的进程的创建。Linux会为这个进程创建一个新的虚拟地址空间,然后会读取可执行文件的文件头,建立虚拟地址空间与可执行文件的映射关系,然后将CPU的指令指针寄存器设置成可执行文件的入口地址,然后CPU就会从这里取指令执行。
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) 。
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:
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。
计算机是由很多资源组成的,像我们常见的 CPU、内存、硬盘等。如果我们想要使用这些资源去完成某个计算任务,那么就需要有一个管理者来协调这些资源,操作系统就是这个管理者。
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。
之前写了两篇详细分析 Linux 内存管理的文章,读者好评如潮。但由于是分开两篇来写,而这两篇内容其实是有很强关联的,有读者反馈没有看到另一篇读起来不够不连贯,为方便阅读这次特意把两篇整合在一起,看这一篇就够了!
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。
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
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。
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
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)。
在内存管理的上下文中, 初始化(initialization)可以有多种含义. 在许多CPU上, 必须显式设置适用于Linux内核的内存模型. 例如在x86_32上需要切换到保护模式, 然后内核才能检测到可用内存和寄存器.
内核、shell、文件系统和应用程序。内核、shell和文件系统一起形成了基本的操作系统结构,它们使得用户可以运行程序、管理文件并使用系统。部分层次结构如图1-1所示。
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。
程序员按照分段系统的地址结构将地址分为段号与段内位移量,地址变换机构将段内位移量分解为页号和页内位移量。
经过前三篇的认识,现在应该已经大致认识到了进程到底是什么,也认识了进程的状态,进程的优先级,环境变量等知识。今天我们继续学习,来一起认识地址空间!!!
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。
本文以 32 位系统为例介绍内核空间(kernel space)和用户空间(user space)。
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。
我们所有写的程序都需要指定路径才能运行,就像这样:(程序里面是打印DLC循环)
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。
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).
根据上文的讲述, 我们知道物理上连续的映射对内核是最好的, 但并不总能成功地使用. 在分配一大块内存时, 可能竭尽全力也无法找到连续的内存块.
现在的服务器大部分都是运行在Linux上面的,所以,作为一个程序员有必要简单地了解一下系统是如何运行的。对于内存部分需要知道:
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。
现在的服务器大部分都是运行在Linux上面的,所以,作为一个程序员有必要简单地了解一下系统是如何运行的。对于内存部分需要知道: 地址映射 内存管理的方式 缺页异常 先来看一些基本的知识,在进程看来,内
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。
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。
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