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Linux虚拟内存管理 基础篇 主要内容 1. 虚拟内存管理的基本原理和基本过程。 2. CPU对虚拟内存管理的支持。(ULK Ch.2) 3. Linux如何管理页表。(ULK Ch.2) 4. Linux如何管理物理内存(ULK Ch.8) 5. Linux如何管理虚拟空间的内核地址空间部分(ULK Ch.8) 6. Linux如何管理虚拟空间的进程地址空间部分(ULK Ch.9) 7. Linux如何在物理内存和外出之间同步数据(ULK Ch.15) 8. Linux如何主动回收物理内存(ULK Ch.17) 注：无法全部讲 骚瑞 2 从宏观角度…. Linux 的虚拟内存管理机制为应用程序和驱动程序 提供了两种服务：  使每个进程都拥有自己独立的内存地址空间；对于 32位Linux而言，每个任务可寻址的内存地址空间 都为0~ 0xFFFFFFFF(232, 4GB)  当物理内存不够4GB时，虚拟内存管理模块会用外 存空间模拟内存空间，并且该模拟过程对应用程序 是透明的。 3 用户地址空间与内核地址空间 1. Linux将每个进程的4GB 的独立地址空间又划分为用 户地址空间(0~ 0xBFFFFFFF)和 内核 地址空间(0xC0000000 ~ 0xFFFFFFFF)两部分。 2. 操作系统内核代码和数据存放在内核地址空间；每 个进程自己私有的代码和数据存放在用户地址空间 3. 虽然Linux 的内核代码和数据被映射到了每个进程的 地址空间中（所有进程看到的内容是相同的），但 在实际的物理内存中，只有内核代码和数据的一份 拷贝。 4 用户地址空间与内核地址空间 5 用户态与核心态 一般现代CPU都有几种不同的指令执行级别 在高执行级别下，代码可以执行特权指令，访问任意 的物理地址，这种CPU执行级别就对应着内核态 用户态指相应的低级别执行状态，代码的掌控范围会 受到限制，只能执行CPU指令集的一个子集 举例：intel x86 CPU有四种不同的执行级别0-3，Linux 只使用了其中的0级和3级分别来表示内核态和用户态 0xc0000000 以上的内核地址空间只能在内核态下访问 ，0－0xbfffffff的用户地址空间在两种状态 下都可以访问 应用程序可以通过Linux系统调用由用户态进入内核态 逻辑地址与物理地址 1. 逻辑地址：程序在运行过程中用来访问存储器的地址。程序 员在编程时，只需知道逻辑地址，不需考虑该地址与实际物 理硬件上的存储单元如何对应。编译器在编译源程序时，也 只需考虑逻辑地址。 2. 物理地址：表示物理存储器中一个存储单元的实际位置，地 址总线上产生的就是物理地址。（总线地址） 3. 在实地址模式下，逻辑地址等于物理地址。在虚拟地址模式 下，逻辑地址不等于物理地址，必须经过查表才能转换为物 理地址，因此也叫虚拟地址。 4. 线性地址：2维逻辑地址变为1维地址后，叫线性地址 逻辑地址 查表转换 物理地址 7 CR3寄存器 虚拟页 物理页 0 3 进程1 的页表 1 null 内页表 2 1 物理页 taken 进程id 3 null 0 N null 1