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。
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。
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。
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。
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。
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。
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).
http://bbs.chinaunix.net/thread-2083672-1-1.html
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
如上图,程序1、程序2、程序3装入到内存,而程序2运行完成被换出,内存空闲出20k,然后进来程序4,大小为25K,此时,只有两处空闲块,10K和20K,没有一处是符合条件的,应该怎么办?一个明显的办法就是将两块空闲区域进行合并,形成一个大小为30K的空闲块满足程序4。
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。
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。
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?
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。
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。
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。
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。
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。
作者:Vamei 出处:http://www.cnblogs.com/vamei 严禁转载
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!
(2)把程序计数器中存放的逻辑地址中的页号部分与控制寄存器中的页表长度比较,检查地址越界
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
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
实模式是有很大弊端的,首先,直接操作物理内存,这样的话每次只能运行一个程序,并且不安全;另外,内存最大使用到1M,限制太大。
在x86系统中,为了能够更加充分、灵活的使用物理内存,把物理内存按照4KB的单位进行分页。
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) 。
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。
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。
因为程序是分段在内存中存放的,因此需要额外的空间记录每个段的存放位置和占用大小,这就引出了段表,这里的段表又被称为LDT表,每个进程都对应一个LDT表:
很多小伙伴在学操作系统的时候,学习到内存管理的部分时,都会接触到分段内存管理、分页内存管理。
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
这本书属于学习Linux内核原理必读推荐书目之一!对Linux内核的设计原理进行了细致的说明,也有具体实现部分的介绍,结合源码能很好的理解Linux内核;
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。
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)。
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。
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。
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。
/* * 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linux的代码更新,阅读linux-4.15代码,从中发现很多与众不同的地方。之所以与众不同,就是因为和我之前从网上博客或者书籍中看到的内容有所差异。当然了,并不是为了表明书上或者博客的观点是错误的。而是因为linux代码更新的太快,网上的博客和书籍跟不上linux的步伐而已。究竟是哪些发生了差异了?例如:kernel image映射区域从原来的linear mapping region(线性映射区域)搬移到VMALLOC区域。因此,我希望通过本篇文章揭晓这些差异。当然,我相信不久的将来这篇文章也将会成为一段历史。
本章我们从硬件底层开始,首先研究TLB机制以及如何设置。在此基础上分别研究裸机程序和操作系统下内存管理机制。
知乎上搜到一个比较有意思的话题:如何理解「进入内核态」,要回答好这个问题需要对内存管理及程序的运行机制有比较深刻的了解,比如你需要了解内存的分段,分页,中断,特权级等机制,信息量比较大,本文将会从 Intel CPU 的发展历史讲起,循序渐近地帮助大家彻底掌握这一概念,相信大家看了肯定有帮助,本文目录如下
说明: 在左边的单处理器系统中,如果一个进程想要运行,那么必须将进程地址空间装载到物理内存中才可以运行。 而右边的是多处理器系统中有多个进程需要进入物理内存执行,这里要解决的问题就是,如何将进程地址空间合理的装载到物理内存中,如何合理的分配使用内存,使得每个进程能正确执行。
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。
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