內(nèi)存管理是一個操作系統(tǒng)必不可少.并且.非常重要的一環(huán).linux的成功.和它優(yōu)秀的內(nèi)存管理聯(lián)系非常密切.因?yàn)橐粋€系統(tǒng)的高效性欲穩(wěn)定性往往決定于它的內(nèi)存管理機(jī)制.我項(xiàng)很多人吃過dos下640k 的苦吧.
前面我們介紹了386保護(hù)模式.從今天起我們將在此基礎(chǔ)上,分析linux的虛擬存儲管理,對每個程序員來說.他們都希望有無窮大的快速的內(nèi)存,然而,現(xiàn)階段是不可能的,況且,無窮大與快速本身就可能矛盾
為了解決無窮大.linux 引入了虛擬存儲系統(tǒng),為了解決快速,linux 引入了cache ,交換機(jī)制等等,以使的存儲系統(tǒng),在容量上接近硬盤,速度上接近c(diǎn)ache.(當(dāng)然,我認(rèn)為這是存儲系統(tǒng)的實(shí)際目的).
Linux 的內(nèi)存管理采取的是分頁機(jī)制.它的設(shè)計(jì)目的是分時多任務(wù).linux 可同時處理256個任務(wù)(這應(yīng)該與某個變量來定義,一時想不起來).同時它采用了兩級飽和機(jī)制來分別內(nèi)核進(jìn)程與用戶進(jìn)程.
在386 保護(hù)模式的0-4G 的線性虛擬地址中,3-4G 是留給內(nèi)核進(jìn)程的.而0-3G分給用戶進(jìn)程.內(nèi)核在內(nèi)核空間的尋址不同于用戶進(jìn)程在用戶空間的尋址.因?yàn)閮?nèi)核是在啟動時裝入內(nèi)存的.說以它可以直接吧地址映射到3G 以上.用戶若想訪問內(nèi)核就不許通過swapper_pg_div 中的指針來得到頁表.
相反,用戶進(jìn)程,在用戶空間的尋址是通過所用戶頁目錄中的指針得到用戶的頁表.并通過頁表的指針直接指向相應(yīng)的物理內(nèi)存.
Linux虛擬內(nèi)存的實(shí)現(xiàn),需要幾種不同的機(jī)制來實(shí)現(xiàn):
地址映射機(jī)制
內(nèi)存的分配與回收
請頁機(jī)制
交換機(jī)制
內(nèi)存共享機(jī)制
在具體的讀源碼之前.我們先根據(jù)我們以前學(xué)過的操作系統(tǒng)知識.和C語言等知識.來考慮一下,這幾個機(jī)制如何實(shí)現(xiàn).現(xiàn)自己設(shè)計(jì)一下.在看別人是怎樣實(shí)現(xiàn)的.找到自己想不到.或者對效率空間有損的地方.這樣才有進(jìn)步.我不止一次的說.操作系統(tǒng)的某一部分,就起實(shí)現(xiàn)來說,非常簡單.它的難點(diǎn)是如何將大量的功能集成出一個kernerl.
地址映射機(jī)制,說白了,就是在虛擬內(nèi)存與物理內(nèi)存上的一個橋梁.它要做的事情可能就是通過幾個不同的表.把虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址,把物理地址轉(zhuǎn)化虛擬地址.
我們以前說過.因?yàn)橛邢到y(tǒng)與用戶之分,它必須也要有不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).為了解決速度等問題.它會有一個硬件的緩沖區(qū)
對于它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).我們可以先想一下.如虛擬地址的信息,虛擬地址在那個區(qū)域等等
至于請頁機(jī)制,更好理解.因?yàn)閘inux是頁式存儲的.因此必然會存在空白頁和使用頁.既然是頁.就必然會存在頁溢出.頁無效(是不是在win98 下經(jīng)常出現(xiàn)類似錯誤,當(dāng)然linux的內(nèi)存管理不可能和windows一樣,可基本道理相同).因此.在每一個頁出錯.或者該頁存不下多余的數(shù)據(jù)時.就要要求內(nèi)核分配新的頁面
同時.當(dāng)時用fork() 產(chǎn)生一個新的進(jìn)程時.也需要分配新的葉面.這一部分大概講的就是進(jìn)程如何向內(nèi)和描述自己需要怎么樣的和多少頁
在我們學(xué)習(xí)<<數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)>>是我們學(xué)了,很多內(nèi)存分配方式,如首次擬和.最佳擬和,最差擬和等等.但是我們可以想象.linux 大概不會用他們.那就一定是伙伴系統(tǒng)了.因此我們可以對于伙伴系統(tǒng)的分配,回收的基本算法.回想一下.這樣在讀者一部分源碼時,回有意象不到的收獲.
至于交換機(jī)制.我們也可以現(xiàn)想一想.內(nèi)存中總與很多使用者的頁.如果這些也已經(jīng)把所有的頁都用完了.再分配時必須把其中的某些頁釋放.釋放那些頁,需要考慮.如最近不用頁.近期少用頁,等等都可以在考慮之中.
這個算法,大概就是計(jì)算內(nèi)存中使用的頁,什么時候可以換處.說白了就是為所有的使用頁計(jì)算一個”權(quán)”,而這個”權(quán)”就決定了他什么時候被釋放以換如它的內(nèi)容.需要想的是對于經(jīng)常使用的頁.可以把它放入cahe.(盡管這一部分對程序員是透明的,但我們應(yīng)該理解他的原理).
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