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Reason Why Frames Used For I/O Must Be In Memory Operating System Examples Windows XP Solaris 进程都有自己的正文段，数据段， 堆栈段等。Linux按这种逻辑单位，把虚 拟空间划分成若干分区，然后进行分页。 这样，进程每一个分区段位于一个连续 的虚拟空间里，那里的内容有相同的特 性，有利于对它们分别实行存储保护和 共享。另外，虚拟空间在各个分区之间 可以不连续。即进程所用的虚拟地址并不一定是连成一片的，可以有空洞存在。 Linux的虚拟存储空间 1. Linux的虚拟存储空间 在Linux中，虚拟地址用32个二进制位表示。这意味系统向每个进程提供的虚存空间，最多可以高达232 字节 = 4GB。 . Linux把4GB的虚拟空间划分为两部分：最高的1GB用于内核本身，称为“系统空间”，为所有的进程共享；较低的3GB供进程使用，称为“用户空间”。 进程A的 用户空间 (3GB) 进程B的 用户空间 (3GB) 进程N的 用户空间 (3GB) 共享的系统空间(1GB) 4GB 的虚拟空间 2. 多级页表的地址变换 Linux向用户提供的最大虚拟空间为4GB。由于内存块长度是4KB，因此一个虚拟地址空间最多可有220(4GB/4KB=1M)个页面。即用户虚拟地址空间的页表，最多要用一百万个表项来记录页面与物理块的对应关系，不利于存储空间的利用。 . Linux在对虚拟地址空间进行分页时，采用两级页表的机制：先是对虚拟地址空间进行分页，形成页表；再对页表进行分页，形成页表的页表。 页面索引号 p1 页号 p2 位移量 d 32位虚拟地址： 10位 10位 12位 一个页面 一个页面 用户虚拟 地址空间 1M个页面 1M个表项 (1024个页面) 1024个表项 页表 页表索引 3. 二级页表的地址转换过程 在知道一个虚拟地址后，就可根据地址的前10位，先去查页表索引，以便得到该索引所对应的页表放在哪一个内存块。 . . 再由地址中间的10位，去查这个页表，得到该页所对应的内存块的起始地址。 . 最后，与位移量d相加后，就得到最终所需要的物理地址。 p1 p2 d 索引项 页表索引 p1 1页 1页 表项 页表 p2 d 内存 物理 地址 1块 1块 * 管理虚拟存储空间的数据结构 利用task_struct来表示一个进程，该结构称为进程控制块 所有task_struct结构的指针形成一个数组task Linux为每一新建进程分配一个task_struct结构，然后将指针保存在task数组中 当前运行进程的结构用current指针来指示 * 虽然task_struct数据结构庞大而复杂，但它主要有如下功能信息： （1）状态信息（State） （2）调度信息（Scheduling Information） （3）进程标识符（Identifiers） （4）进程间通讯信息（Inter－Process Communication） （5）进程链信息（Links） （6）时间和定时器（Times and Timers） （8）虚拟内存（Virtual Memory） （7）文件系统信息（File System） Linux进程的各个分区可以是不连续的，因此形成了若干个离散的虚拟区间。为了对它们加以管理，定义了vm_area_struct型及mm_struct型数据结构。 管理虚拟存储空间的数据结构 . vm_area_struct用于管理进程的每一个虚拟区间，mm_struct用于管理进程的整个虚拟空间、页表索引和页表。因此，一个进程可以有多个vm_area_struct型数据结构，但只有一个mm_struct型数据结构。 task_struct mm *mmap *pgd map_count mm_struct *vm_next *vm_start vm_end vm_area_struct *vm_next *vm_start vm_end vm_area_struct 一段 虚拟区间 一段 虚拟区间 页表 页表 页表索引 * 用vm_area_struct数据结构描述虚拟内存分区 起始和结束位置 进程对此内存区域的存取权限 相应的一组内存操作函数 vm_area_struct也记录相应分区是该进程私有的还是可以与其他进程共享的 vm_area_struct记录了相应分区是否在磁盘上有后备存储，如果有，在什么地方 正文段使用可执行的二进制文件作为后备存储 内存映射文件使用磁