摘要--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。一、虚拟内存的基本概念在现代操作系统中，虚拟内存是一个非常重要的概念。...二、Linux虚拟内存管理的实现在Linux内核中，虚拟内存的管理主要涉及以下几个部分：页表管理、页面分配与回收、页面置换算法以及内存映射。1....三、代码分析为了更深入地理解Linux虚拟内存管理的实现，让我们来看一个简单的例子：一个创建新的内存映射的系统调用。这个例子的代码可以在mm/mmap.c文件中找到。...但是，通过仔细阅读代码和注释，我们可以对Linux虚拟内存管理的实现有一个更深入的理解。此外，我们还可以使用调试工具（如gdb）来跟踪代码的执行过程，从而更好地理解其工作原理。动。
Linux的内存管理分为 虚拟内存管理 和 物理内存管理，本文主要介绍 虚拟内存管理 的原理和实现。在介绍 虚拟内存管理 前，首先介绍一下 x86 CPU 内存寻址的具体过程。...虚拟内存地址管理 应用程序使用 malloc() 函数向Linux内核申请内存时，Linux内核会返回可用的虚拟内存地址给应用程序。...每个进程都可以使用4GB的虚拟内存地址，所以Linux内核需要为每个进程管理这4GB的虚拟内存地址。例如记录哪些虚拟内存地址是空闲的可以分配的，哪些虚拟内存地址已经被占用了。...而Linux内核使用 vm_area_struct 结构进行管理，定义如下： struct vm_area_struct { struct mm_struct * vm_mm; /* VM...vm_area_struct 结构通过以下方式对虚拟内存地址进行管理，如下图： ?
因此，需要深入学习 Linux 的虚拟内存管理方面的内容来解释这个现象。...Linux 的虚拟内存管理有几个关键概念： 每个进程有独立的虚拟地址空间，进程访问的虚拟地址并不是真正的物理地址 虚拟地址可通过每个进程上页表与物理地址进行映射，获得真正物理地址 如果虚拟地址对应物理地址不在物理内存中...基于以上认识，这篇文章通过本人以前对虚拟内存管理的疑惑由浅入深整理了以下十个问题，并通过例子和系统命令尝试进行解答。 Linux 虚拟地址空间如何分布？ 32 位和 64 位有何不同？...内核虚拟空间：用户代码不可见的内存区域，由内核管理。 下图是 32 位系统典型的虚拟地址空间分布（来自《深入理解计算机系统》）。...这也是 Linux 虚拟内存管理的核心概念之一。 四. 如何查看进程虚拟地址空间的使用情况？ 进程地址空间被分为了代码段、数据段、堆、文件映射区域、栈等区域，那怎么查询这些虚拟地址空间的使用情况呢？
接上篇：十问 Linux 虚拟内存管理 ( 一 ) 五. free 的内存真的释放了吗（还给 OS ） ? 前面所有例子都有一个很严重的问题，就是分配的内存都没有释放，即导致内存泄露。...另外，如果使用 mmap 分配小内存，会导致地址空间的分片更多，内核的管理负担更大。...其实，很多人开始诟病 glibc 内存管理的实现，就是在高并发性能低下和内存碎片化问题都比较严重，因此，陆续出现一些第三方工具来替换 glibc 的实现，最著名的当属 google 的 tcmalloc...然而，以上主要介绍了 glibc 虚拟内存管理主要内容，事实上，在并发情况下， glibc 的虚存管理会更加复杂，碎片情况也可能更严重，这将在另一篇再做介绍。...https://en.wikipedia.org/wiki/X86-64#Canonical_form_addresses https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux
所以，Linux 根据功能上的差异，来对虚拟内存空间进行管理。 今天，我们来介绍一下 Linux 对虚拟内存空间管理的细节。...我们先来看看 Linux 进程虚拟内存空间的布局图，如图 1 所示： ? 上图展示了 Linux 进程的虚拟内存空间布局情况，我们只关注 用户空间 的布局。...虚拟内存区 从上面的介绍可知，Linux 按照功能上的差异，把虚拟内存空间划分为多个 段。那么在内核中，是通过什么结构来管理这些段的呢？ 答案就是：vm_area_struct。...，每个进程都有一个类型为 mm_struct 的内存管理对象，用于管理进程的虚拟内存空间和内存映射等。...加载程序镜像 前面我们介绍了 Linux 会把虚拟内存地址划分为多个 段，并且使用 vm_area_struct 结构来管理这些段。那么，这些虚拟内存区是怎么建立起来的呢？
虚拟内存的起因及其目标 background: 使用硬盘/磁盘使更多的程序在有限的内存中运行 比如： 游戏的内存大小 让我们必须拥有更大内存的电脑 理想的存储器 : 更大更快更便宜和非易失性的存储区...虚拟内存管理技术 在覆盖和交换技术无法处理的情况下，我们就需要另外使用其他的方法来解决程序在内存中的占比技术 目标： 像覆盖技术那样, 不是把程序的所有内容都放在内存中, 因而能够运行比当前的空闲内存空间还要大的程序...**基本特征： ** 大的用户空间 : （相当于把硬盘当作内存）通过把物理内存和外存相结合, 提供给用户的虚拟内存空间通常大于实际的物理内存, 即实现了这两者的分离....虚拟页式内存管理 页式内存管理 页表 : 完成逻辑页到物理页帧的映射 根据页号去页表中寻找索引, 先查看 resident bit 是否为0, 0表示不存在, 1表示映射关系存在, 获得帧号加上原本的偏移...虚拟页式内存管理 大部分虚拟存储系统都采用虚拟页式存储管理技术, 即在页式存储管理的基础上, 增加请求调页和页面置换功能.
3.2.1 虚拟内存的基本概念 1、传统存储管理方式的特征 各种内存管理策略都是为了同时将多个进程保证在内存中以便允许多道程序设计。
（1）为什么要引入虚拟内存？ 多道程序并发执行不仅使进程之间共享了处理器，还同时共享了主存。然而，随着处理器需求的增长，进程的执行速度会以某种合理平滑的方式慢下来。...（3）虚拟内存是怎么解决问题的？会带来什么问题？ 虚拟内存使用了外存上的空间来扩充内存的空间，通过一定的换入换出，使得整个系统在逻辑上能够使用一个远远超过其物理内存大小的内存容量。...因为虚拟内存技术调换页面时需要访问外存，会导致平均访存时间下降，如果使用了不合理的替换算法，则会大大降低系统性能。
内存管理是操作系统非常重要的部分，处理器每一次的升级都会给内存管理方式带来巨大的变化，向早期的8086cpu的分段式管理，到后来的80x86 系列的32位cpu推出的保护模式和段页式管理。...windows系统的内存管理 windows内存管理器 我们将系统中实际映射到具体的实际内存上的页面称为工作集。...当进程想访问多余实际物理内存的内存时，系统会启用虚拟内存管理机制（工作集管理），将那些长时间未访问的物理页面复制到硬盘缓冲文件上，并释放这些物理页面，映射到虚拟空间的其它页面上；系统的内存管理器主要由下面的几个部分组成...0x0000FFFF 用户分区 0x00010000-0xBFFEFFFF 64K禁入区 0xBFFF0000-0xBFFFFFFF 内核分区 0xC0000000-0xFFFFFFFF windows虚拟内存管理函数...另外需要注意的是，不能一次操作超过工作集规定的最大虚拟内存，这样会造成程序崩溃，我们可以通过函数SetProcessWorkingSetSize来设置工作集规定的最大虚拟内存的大小。
在我们自己的购买的服务器环境中，一般是买的1g的内存，但是当服务器里面的东西装的比较多的时候就会导致内存不够用了,这个时候可以通过增加虚拟内存来夸大内存容量。...Linux设置虚拟内存 交换技术 交换（Swapping）技术它的主要特点是：打破了一个程序一旦进入内存，就一直驻留在内存直到运行结束的限制。...对换空间的管理。在具有交换功能的操作系统中，一般将外存空间分为文件区和交换区（对换区）。文件区用来存放文件，而交换区则用来存放从内存中换出的进程，或等待换入内存的进程。...尽管文件区一般采用离散分配方式来分配外存存储空间，但交换区的存储空间分配则宜采用连续分配方式，这是因为交换区中存放的是换入/换出的进程，为了提高交换速度，有必要采用连续分配方式，并且交换区可以采用与可变分区存储管理类似的方法进行管理...cache: 326 654 Swap: 4095 0 4095 [root@localhost swap]# 设置开机自动启用虚拟内存
作者简介 韩传华，就职于南京大鱼半导体有限公司，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。...注：本文使用linux-5.0内核源代码。文章分为以下几节内容： １．匿名映射缺页异常的触发情况 ２．０页是什么？为什么使用０页？...与匿名页相对应的是文件页，文件页我们应该很好理解，就是映射文件的页，如：通过mmap映射文件到虚拟内存然后读文件数据,进程的代码数据段等，这些页有后备缓存也就是块设备上的文件，而匿名页就是没有关联到文件的页...这种异常对于我们来说非常常见： １．当我们应用程序使用malloc来申请一块内存（堆分配），在没有使用这块内存之前，仅仅是分配了虚拟内存，并没有分配物理内存，第一次去访问的时候才会通过触发缺页异常来分配物理页建立和虚拟页的映射关系...２．当我们应用程序使用ｍｍap来创建匿名的内存映射的时候，页同样只是分配了虚拟内存，并没有分配物理内存，第一次去访问的时候才会通过触发缺页异常来分配物理页建立和虚拟页的映射关系。
虚拟内存可以用来管理物理内存，进程直接和虚拟内存进行打交道而不是物理内存，为什么这样设计？ 什么是虚拟内存？...虚拟内存的作用 利用磁盘起到的缓存的作用，提高进程访问磁盘的速度。 虚拟内存可以为进程提供独立的内存空间，并通过动态链接库共享内存。...内存管理 进程最终都需要访问到具体的物理地址，而不是虚拟内存提供的逻辑地址，其中会经过一层层转换，主要是通过MMU和TLB实现。...目前linux系统，采用四层页表结构页表结构，每个9位，最低12位作为偏移量。...总 虚拟内存可以结合磁盘和物理内存的优势为进程提供看起来速度足够快并且容量足够大的存储； 虚拟内存可以为进程提供独立的内存空间并引入多层的页表结构将虚拟内存翻译成物理内存，进程之间可以共享物理内存减少开销
前言 ---- 前不久组内又有一次我比较期待的分享：”Linux 的虚拟内存”。...CPU 中有一种硬件，内存管理单元 MMU（Memory Management Unit）专门用来将翻译虚拟内存地址。...进程内存管理 它有助于进程进行内存管理，主要体现在： 内存完整性：由于虚拟内存对进程的”欺骗”，每个进程都认为自己获取的内存是一块连续的地址。...此外，Java 读取的文件也会被映射为虚拟内存，在虚拟机默认配置下 Java 每个线程栈会占用 1M 的虚拟内存。具体可以查看 为什么linux下多线程程序如此消耗虚拟内存。...常用管理命令 ---- 我们也可以自己来管理 Linux 的虚拟内存。
前不久组内又有一次我比较期待的分享：“Linux 的虚拟内存”。是某天晚上加班时，我们讨论虚拟内存的概念时，leader 发现几位同事对虚拟内存认识不清后，特意给这位同学挑选的主题。...CPU 中有一种硬件，内存管理单元 MMU（Memory Management Unit）专门用来翻译虚拟内存地址。CPU 还为页表寻址设置了缓存策略，由于程序的局部性，其缓存命中率能达到 98%。...进程内存管理 它有助于进程进行内存管理，主要体现在： 内存完整性：由于虚拟内存对进程的”欺骗”，每个进程都认为自己获取的内存是一块连续的地址。...此外，Java 读取的文件也会被映射为虚拟内存，在虚拟机默认配置下 Java 每个线程栈会占用 1M 的虚拟内存。具体可以查看 为什么linux下多线程程序如此消耗虚拟内存。...常用管理命令 我们也可以自己来管理 Linux 的虚拟内存。
一、传统存储管理方式的特征、缺点 ---- 二、虚拟存储器的定义 ---- 主存和辅存共同构成了虚拟存储器。对于应用程序员来说，虚拟存储器是透明的。...四、虚拟内存的特征 ---- 五、虚拟存储技术的实现 ---- （1）请求分页存储管理 ---- 虚拟空间与主存空间都被划分成同样大小的页，主存的页称为实页，虚存的页称为虚页。...（2）请求分段存储管理 ---- 段式虚拟存储器中的段是按程序的逻辑结构划分的，各个段的长度因程序而异。...段表地址 → 段表 → 段起点 段起点+段内地址 = 主存实地址 优点：段的分界和程序的自然分界相对应，具有逻辑独立性 缺点：段长度可变，容易在段间留下碎片，不好利用，造成浪费 （3）请求段页式存储管理
通过虚拟内存机制，操作系统能够更好地管理系统内存资源，提供更高的安全性和稳定性。...在Linux下，每一页的大小通常为4KB。虚拟地址与物理地址之间通过页表进行映射，页表存储在CPU的内存管理单元（MMU）中，从而CPU可以直接通过MMU找到实际访问的物理内存地址。...Linux内存管理Linux内存管理涉及逻辑地址和线性地址的转换。逻辑地址是程序使用的地址，而线性地址是通过段式内存管理映射的地址，也称为虚拟地址。...虚拟内存的使用使得每个进程都可以拥有相同的虚拟地址空间，而不用担心与其他进程的地址冲突。通过虚拟内存机制，操作系统能够更好地管理系统内存资源，提供更高的安全性和稳定性。...Linux的内存管理涉及逻辑地址和线性地址的转换，将虚拟地址空间分为内核空间和用户空间，方便进程访问内核空间内存。我正在参与2023腾讯技术创作特训营第三期有奖征文，组队打卡瓜分大奖！
传统存储管理存在的问题 虚拟内存这个东西他为什么会出现？他出现的背景是什么？...，直至作业运行结束（驻留性）的限制 当然了，Anyway，这两种逻辑扩充技术已经成为历史，虚拟内存技术才是目前的主流，它综合了这两种古老技术的特点，单枪匹马解决了传统存储管理中存在的这两个问题。...以上，就是虚拟内存技术。 如何实现虚拟内存技术 可以看见，虚拟内存允许一个作业/进程分多次调入内存，那如果采用连续分配方式，不方便实现，所以虚拟内存技术的实现是建立在不连续分配管理方式之上的。...传统的基本分页管理、基本分段管理、基本段页式管理和虚拟内存技术结合，分别称为请求分页管理（页式虚存系统）、请求分段管理（段式虚存系统）、请求段页式管理（段页式虚存系统）。...这几个概念非常容易混淆，其实很容易区分，记住这句话就 OK，摘自百度百科： 如果不具备请求调页、页面置换的功能，则称为基本分页管理（或称为纯分页管理），它不具有支持实现虚拟内存的功能，它要求把每个作业（
Linux虚拟内存地址空间 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。 虚拟内存技术使得不同进程在运行过程中，它所看到的是自己独自占有了当前系统的4G内存。...事实上，在每个进程创建加载时，内核只是为进程“创建”了虚拟内存的布局，具体就是初始化进程控制表中内存相关的链表，实际上并不立即就把虚拟内存对应位置的程序数据和代码（比如.text .data段）拷贝到物理内存中...还有进程运行过程中，要动态分配内存，比如malloc时，也只是分配了虚拟内存，即为这块虚拟内存对应的页表项做相应设置，当进程真正访问到此数据时，才引发缺页异常。...请求分页系统、请求分段系统和请求段页式系统都是针对虚拟内存的，通过请求实现内存与外存的信息置换。 虚拟内存的好处： 扩大地址空间； 内存保护：每个进程运行在各自的虚拟内存地址空间，互相不能干扰对方。...在内存中可以保留多个进程，系统并发度提高 在程序需要分配连续的内存空间的时候，只需要在虚拟内存空间分配连续空间，而不需要实际物理内存的连续空间，可以利用碎片 虚拟内存的代价： 虚存的管理需要建立很多数据结构
请求分页存储管理方式 硬件的支持 1．页表机制 状态位P：用于指示该页是否已调入内存。 供程序访问时参考。 访问字段A：供选择换出页面时参考。
之后进行内存分配时，都以页为单位，那么虚拟内存页对应物理内存页的映射表就大大减小了，4G 内存，只需要 8M 的映射表即可，一些进程没有使用到的虚拟内存，也并不需要保存映射关系，而且Linux 还为大内存设计了多级页表...CPU 中有一种硬件，内存管理单元 MMU（Memory Management Unit）专门用来将翻译虚拟内存地址。...进程内存管理 它有助于进程进行内存管理，主要体现在： 内存完整性：由于虚拟内存对进程的”欺骗”，每个进程都认为自己获取的内存是一块连续的地址。...此外，Java 读取的文件也会被映射为虚拟内存，在虚拟机默认配置下 Java 每个线程栈会占用 1M 的虚拟内存。具体可以查看 为什么linux下多线程程序如此消耗虚拟内存。...常用管理命令 我们也可以自己来管理 Linux 的虚拟内存。
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