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。
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。
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。
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。
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。
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。
基于ARMv8-A架构的处理器最大可以支持到48根地址线,也就是寻址2的48次方的虚拟地址空间,即虚拟地址空间范围为0x0000_0000_0000_0000~0x0000_FFFF_FFFF_FFFF,共256TB。
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。
在32bit中的Linux内核中一般采用3层映射模型,第1层是页面目录(PGD),第2层是页面中间目录(PMD),第3层才是页面映射表(PTE)。但在ARM32系统中只用到两层映射,因此在实际代码中就要3层映射模型中合并一层。在ARM32架构中,可以按段(section)来映射,这时采用单层映射模式。使用页面映射需要两层映射结构,页面的选择可以是64KB的大页面或4KB的小页面,如图2.4所示。Linux内核通常使用4KB大小的小页面。
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。
http://bbs.chinaunix.net/thread-2083672-1-1.html
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。
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
作者:Vamei 出处:http://www.cnblogs.com/vamei 严禁转载
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。
1)将内存看做缓存,内存中存储此时正在运行的数据,其他数据存到磁盘,当需要使用时再换入内存,内存不够时将不用的换出到磁盘。
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。
理想情况下用户对内存的期待是大容量、高速度和持久性,但是现实中却是一个由缓存、主存、磁盘组成的内存架构,该架构中,缓存低容量、速度快但是成本高,主存中速度、中容量和中成本,磁盘就是大容量、持久性但是速度慢。
③ 引导内存分配器 : 页分配器 , 块分配器 , 不连续页分配器 , 连续内存分配器 , 每处理器内存分配器 ;
KSMA的全称是Kernel Space Mirror Attack,即内核镜像攻击。本文主要记录对该攻击方法的原理分析以及Linux内核中相关内存管理部分。
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。
目录 前言 Intel四级页表 实操寻址 获取cr3 获取PGD 获取PUD 获取PMD 获取PTE 获取内容 最后 ---- 前言 Linux四级页表的作用主要就是地址映射, 将逻辑地址映射到物理地址. 很多时候, 有些地方想不明白就可以查看实际物理地址进行分析. ---- Intel 四级页表 其实很多设计的根源或者说原因都来自于CPU的设计, OS很多时候都是辅助CPU. Linux的四级页表就是依据CPU的四级页表来设计的. 这里主要说的就是Intel x64页面大小为4KB的情况, 如
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。
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。
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。
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:
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。
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。
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
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。
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!
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
MMU概念介绍 MMU分为两个部分: TLB maintenance 和 address translation MMU的作用,主要是完成地址的翻译,无论是main-memory地址(DDR地址),还是IO地址(设备device地址),在开启了MMU的系统中,CPU发起的指令读取、数据读写都是虚拟地址,在ARM Core内部,会先经过MMU将该虚拟地址自动转换成物理地址,然后在将物理地址发送到AXI总线上,完成真正的物理内存、物理设备的读写访问。 下图是一个linux kernel系统中宏观的虚拟地址到物
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:
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
/* * linux/mm/memory.c * * Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994 Linus Torvalds */ /* * demand-loading started 01.12.91 - seems it is high on the list of * things wanted, and it should be easy to implement. - Linus */ /* * Ok, demand-loading wa
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
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
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。
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。
只针对32位的操作系统,设计一个二级页表,目的是构建一个简易的能跑起来的操作系统。对于4G的地址空间,每个页大小是4K,模仿Linux早期的做法,32位地址的前10位为页目录项,中间10位为页表,后面10位为偏移量。
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