在linux内核中,所有的物理内存都用struct page结构来描述,这些对象以数组形式存放,而这个数组的地址就是mem_map。内核以节点node为单位,每个node下的物理内存统一管理,也就是说在表示内存node的描述类型struct pglist_data中,有node_mem_map这个成员,其针对平坦型内存进行描述(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP),与此相反的是SPARSEMEM,其稀疏性内存描述。
/* * linux/mm/memory.c * * (C) 1991 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 was easy, shared pages a littl
伙伴系统是常用的内存分配算法,linux内核的底层页分配算法就是伙伴系统,伙伴系统的优点就是分配和回收速度快,减少外部碎片。算法描述:
在linux内核中支持3中内存模型,分别是flat memory model,Discontiguous memory model和sparse memory model。所谓memory model,其实就是从cpu的角度看,其物理内存的分布情况,在linux kernel中,使用什么的方式来管理这些物理内存。另外,需要说明的是:本文主要focus在share memory的系统,也就是说所有的CPUs共享一片物理地址空间的。
/* * 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
随着硬件能力的提升,系统内存容量变得越来越大。尤其是在服务器上,过T级别的内存容量也已经不罕见了。
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。
之前通过读取/proc/pid/mem的方法读取某个进程的内存数据,mem内部是用copy_from_user实现的,是对虚拟地址进行的操作。但是在某一时刻,该进程的所有内存页不一定都已经被加载到内存。由于虚拟内存的存在,只有那页代码被访问到时(copy_from_user()会判断缺页的情况),才会产生缺页中断,将该页代码加载到内存。这种方式并不够理想,理想的方法是判断哪些数据页已加载到内存中,然后对其进行度量。
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:
这点前面是说的很明白了, NUMA结构下, 每个处理器CPU与一个本地内存直接相连, 而不同处理器之前则通过总线进行进一步的连接, 因此相对于任何一个CPU访问本地内存的速度比访问远程内存的速度要快
分页单元可以实现把线性地址转换为物理地址, 为了效率起见, 线性地址被分为固定长度为单位的组, 称为”页”, 页内部的线性地址被映射到连续的物理地址. 这样内核可以指定一个页的物理地址和其存储权限, 而不用指定页所包含的全部线性地址的存储权限.
写时复制是有一块内存,由多个进程共享,属性是只读的,当有一个进程对这块内存进行写的时候,系统会先申请一块新的内存给他写。比如进程fork的时候,父子进程对应的物理地址都一样,这时候会在页表项中记录该物理地址是只读的,有一个进程写的时候,就会触发写保护异常。执行写时复制。
看完了进入内核前的工作后,我网络编程课的抄写作业自然是可以圆满完成啦,不过看了一部分后觉得确实很有意思,所以也是决定继续看下去,并且计划看完linux源码后跟着MIT6.s081写一个小的操作系统内核,希望我能够在6.29之前完成这个工作哈哈也就是我开始军训之前,补军训确实是个令人苦恼的事情。
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
在上一节, 我们介绍了Linux内核怎么管理系统中的物理内存. 但有时候内核需要分配一些物理内存地址也连续的内存页, 所以Linux使用了 伙伴系统分配算法 来管理系统中的物理内存页.
缺页中断发生在系统对虚拟地址转换成物理地址的过程中。如果对应的页目录或者页表项没有对应有效的物理内存,则会发生缺页中断。
1 有一个全局的结构体数据,每次需要一块共享的内存时(shmget),从里面取一个结构体,记录相关的信息。
1. 启动过程中的内存初始化 首先我们来看看start_kernel是如何初始化系统的, start_kerne定义在init/main.c?v=4.7, line 479 其代码很复杂, 我们只截取
传统的多核运算是使用SMP(Symmetric Multi-Processor )模式:将多个处理器与一个集中的存储器和I/O总线相连。所有处理器只能访问同一个物理存储器,因此SMP系统有时也被称为一致存储器访问(UMA)结构体系,一致性意指无论在什么时候,处理器只能为内存的每个数据保持或共享唯一一个数值。
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?
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.
① 内核空间 ( Kernel Space ) : 寻址范围 0x FFFF 0000 0000 0000 ~ 0x FFFF FFFF FFFF FFFF ;
作者:dengxuanshi,腾讯 IEG 后台开发工程师 以下源代码来自 linux-5.10.3 内核代码,主要以 x86-32 为例。 Linux 内存管理是一个很复杂的“工程”,它不仅仅是对物理内存的管理,也涉及到虚拟内存管理、内存交换和内存回收等 物理内存的探测 Linux 内核通过 detect_memory()函数实现对物理内存的探测 void detect_memory(void) { detect_memory_e820(); detect_memory_e801(); d
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。
那个傻子是不是疯了?不知道作为所谓的“技术”人员,大家是如何面对的,如何解决?本文将聚焦于 Linux 内存结构、内存分析以及 OOM killer 等 3 个方面以及笔者多年的实践经验总结进行“吹牛逼”,当然,若吹的不好,欢迎大家扔砖、鸡蛋。
首先配置内核,使其支持导出内核页表到debugfs下面: Kernel hacking ---> ---> [*] Export kernel pagetable layout to userspace via debugfs 配置完后,重新编译内核,并用新内核启动,就会在/sys/kernel/debug下看到kernel_page_tables文件:
具体的算法初始化则回到start_kernel()函数接着往下走,下一个函数是mm_init():
在上篇文章 《深入理解 Linux 虚拟内存管理》 中,笔者分别从进程用户态和内核态的角度详细深入地为大家介绍了 Linux 内核如何对进程虚拟内存空间进行布局以及管理的相关实现。在我们深入理解了虚拟内存之后,那么何不顺带着也探秘一下物理内存的管理呢?
/proc/meminfo是了解Linux系统内存使用状况的主要接口,我们最常用的”free”、”vmstat”等命令就是通过它获取数据的 ,/proc/meminfo所包含的信息比”free”等命令要丰富得多,然而真正理解它并不容易,比如我们知道”Cached”统计的是文件缓存页,manpage上说是“In-memory cache for files read from the disk (the page cache)”,那为什么它不等于[Active(file)+Inactive(file)]?AnonHugePages与AnonPages、HugePages_Total有什么联系和区别?很多细节在手册中并没有讲清楚,本文对此做了一点探究。
在执行sys_fork的时候,可能会引起切换,例如: 如果产生了阻塞或者时间片到期了
mmap涉及到操作系统底层很多知识,目前粗略介绍一下大概的逻辑,等深入理解后再继续。操作系统用vma链表管理内存,mmap就是申请一个新的vma供进程使用。可以当作内存使用,也可以当做文件来使用vma对应的这片空间。但是申请的vma,还不会分配物理地址。等到真正访问这片地址的时候,由缺页处理程序作物理页的映射。
uboot需要支持众多的硬件,并且具有良好的可扩展性、可移植性和可维护性,因此必须要有一个设计良好的代码架构。代码架构的设计总是与软硬件架构密不可分的,在硬件层面嵌入式系统的核心一般包括以下层次:
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
在 Linux 内核中 , MMU 内存管理单元 , 主要作用是 将 " 虚拟地址 " 映射到 真实的 " 物理地址 " 中 ,
在实际的软件开发过程中,内存问题常常是耗费大量时间进行分析的挑战之一。为了更有效地定位和解决与内存相关的难题,一系列辅助工具应运而生,其中备受赞誉的Valgrind工具便是其中之一。事实上,笔者本人曾利用Valgrind工具成功地发现并解决了一个隐藏在软件中的bug,这充分体现了工具在开发过程中的重要性。
在linux内核映射物理地址的简单代码。 使用request_mem_region和ioremap映射物理地址。 映射之后,可通过虚拟地址读写对应的寄存器。
简单来讲,/dev/mem是系统物理内存的映像文件,这里的 “物理内存” 需要进一步解释。
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 内核中 , 内存节点 ( Node ) 是 " 内存管理 " 的 最顶层的结构 , 下层分别是 区域 和 页 ;
审计固件的时候碰到了一个mips64下uClibc堆管理利用的问题,恰巧网络上关于这个的分析不是很多,于是研究了一下。并不是很全面,做个索引,若有进一步了解时继续补全。
eBPF (扩展的伯克利数据包过滤器) 是一项强大的网络和性能分析工具,被广泛应用在 Linux 内核上。eBPF 使得开发者能够动态地加载、更新和运行用户定义的代码,而无需重启内核或更改内核源代码。这个特性使得 eBPF 能够提供极高的灵活性和性能,使其在网络和系统性能分析方面具有广泛的应用。此外,eBPF 还支持使用 USDT (用户级静态定义跟踪点) 捕获用户态的应用程序行为。
这篇文章讨论如何使用CRIU迁移使用了共享内存的程序,主要讨论其中的前两种共享内存方法,最终介绍一种支持热迁移的C程序共享内存使用方法。
尽管vmalloc函数族可用于从高端内存域向内核映射页帧(这些在内核空间中通常是无法直接看到的), 但这并不是这些函数的实际用途.
dmesg命令对于设备故障的诊断是非常重要的。在dmesg命令的帮助下进行硬件的连接或断开连接操作时,我们可以看到硬件的检测或者断开连接的信息。dmesg命令在多数基于Linux和Unix的操作系统中都可以使用。
kernel会将开机信息存储在ring buffer中。您若是开机时来不及查看信息,可利用dmesg来查看。开机信息亦保存在/var/log目录中,名称为dmesg的文件里。
在Linux系统上查看内存使用状况最常用的命令是"free",其中buffers和cache通常被认为是可以回收的:
随着计算机技术的飞速发展,Linux操作系统作为开源领域的佼佼者,已经深入到了各个应用场景之中。在Linux系统中,内核与用户空间之间的交互是核心功能之一,而设备驱动则是实现这一交互的关键环节。然而,传统的设备驱动开发往往受限于内核空间的限制,无法充分发挥用户空间程序的灵活性和性能优势。为了解决这个问题,Linux内核引入了UIO(Userspace I/O)驱动模型。
1)物理地址:CPU地址总线传来的地址,由硬件电路控制其具体含义。物理地址中很大一部分是留给内存条中的内存的,但也常被映射到其他存储器上(如显存、BIOS等)。在程序指令中的虚拟地址经过段映射和页面映射后,就生成了物理地址,这个物理地址被放到CPU的地址线上。
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