《liunx操作系統(tǒng)》課件14Linux內核簡介-內存管理

1、內存管理Huizhi Zhao12:26內存內存(Memory) 暫時存放CPU中的運算數(shù)據(jù)，與硬盤等外部存儲器交換的數(shù)據(jù)計算機中所有程序的運行都是在內存中進行的RAM（Ramdom Access Memory），隨機存取存儲器，高速存取，如計算機內存等ROM（Read Only Memory），只讀存儲器，存取速度低，斷電后信息不丟失，如計算機啟動用的BIOS芯片12:26內存與硬盤內存是計算機的工作場所，內存中的信息會隨掉電而丟失硬盤用來存放暫時不用的信息，硬盤中的信息可以長久保存CPU與硬盤不發(fā)生直接的數(shù)據(jù)交換，CPU只是通過控制信號指揮硬盤工作，硬盤上的信息只有在裝入內存后才能被處理1

2、2:26筆記本結構示意圖12:26Cache與buffer為提高整體I/O效率，把剩余內存劃分為cache及buffer兩部分加以利用，可以隨時被重用寫進Buffer的數(shù)據(jù)是為了寫入其他設備，以塊形式緩沖塊設備的操作，一次性將很多改動寫入硬盤，避免頻繁寫硬盤，提高寫入效率寫進cache的數(shù)據(jù)是為了其他設備從中讀取，以頁面形式緩存文件系統(tǒng)的文件，給需要的程序讀取，避免頻繁讀硬盤，提高讀效率12:26Linux中的Cache與bufferbuffers是指用來給文件系統(tǒng)做緩沖，只記錄文件系統(tǒng)的中介數(shù)據(jù)，用來存儲，目錄里面有什么內容，權限等等cached是用來給數(shù)據(jù)做緩沖，用來保存所打開的文件內容1

3、2:26內存信息文件/proc/meminfo ： 系統(tǒng)整體內存使用情況/proc/vmstat：虛擬內存使用的一些實時統(tǒng)計值和累計統(tǒng)計值/proc/swaps：交換分區(qū)大小/proc/(pid)/maps：進程的內存段映射信息12:26/proc/meminfo12:26free查看內存使用情況1035108=477976+557132937412=557132+42432+337848477976-97696=42432+337848=38028012:26vmstatr: 運行隊列中進程數(shù)量b: 堵塞的進程數(shù)量in: 每秒中斷數(shù)，包括時鐘中斷cs: 每秒上下文切換數(shù)12:26內存管理內存

4、中的每個位置由一個獨一無二的地址標識，內存中的每個位置都包含一個值程序運行時，內存管理主要的目的是如何高效，快速的分配，并且在適當?shù)臅r候釋放和回收內存資源在早期的計算機中，程序是直接運行在物理內存上的，程序在運行的過程中訪問物理地址，不需要內存管理12:26內存管理內存為128M的機器上運行三個程序：程序A需要10M，程序B需要100M，程序C需要20M1，地址空間不能隔離（程序A需要訪問11-128M地址段的數(shù)據(jù)，會導致B崩潰）2，同時運行程序時內存使用效率低（運行AC，需要把B交換出）3，重定位問題（程序中引用的數(shù)據(jù)和函數(shù)位置不確定）12:26內存管理在程序和物理內存間引入虛擬內存，對內存

5、進行分割（解決2問題），并使每個程序都有自己獨立的進程地址空間（解決1、3問題）分段機制：將程序所需要的內存地址空間大小的虛擬空間映射到某個物理地址空間分頁機制：把內存地址空間分為若干個很小的固定大小的頁，每一頁的大小由內存決定，提高內存利用率12:26三類地址邏輯地址：程序代碼會產(chǎn)生邏輯地址，段中偏移地址線性地址：是邏輯地址到物理地址變換之間的中間層，邏輯地址加上相應段的基地址生成線性地址物理地址：通過查詢頁表將線性地址轉變?yōu)榈刂房偩€上物理內存的地址信號，是地址變換的最終結果12:26內存管理單元Memory Mangement Unit，一個或一組芯片，負責從虛擬地址到物理地址的轉化邏輯地

6、址是段標識加段內偏移量的形式，MMU通過查詢段表，把邏輯地址轉化為線性地址如果cpu開啟了分頁功能，MMU需要查詢頁表來將線性地址轉化為物理地址12:26分段機制把程序按內容或函數(shù)關系分成段，每個段有自己的名字（編號）進程的虛擬存儲空間都對應于一個由“段號：段 內偏移”構成的二維地址12:2612:26獨立地址空間12:26Linux分頁機制Linux邏輯地址等于線性地址，所有的段（用戶代碼段、用戶數(shù)據(jù)段、內核代碼段、內核數(shù)據(jù)段）的線性地址有相同的起始地址邏輯地址表示由兩部分組成，表示該地址所在頁面的頁號p和表示頁內位移d，即頁內地址12:26分頁機制邏輯空間分頁將一個進程的邏輯地址空間劃分成

7、若干大小相等的部分，每一部分稱為頁或頁面，每頁都有從0開始編號的頁號內存空間分頁把內存也劃分成與頁面相同大小的若干存儲塊，稱為內存塊或內存頁面，每頁都有一個頁號，從0開始編號頁面和內存塊的大小是由硬件決定的12:26分頁機制12:26地址轉換12:26查看頁面大小/usr/bin/time v pwd12:26查看頁面大小getconf將系統(tǒng)配置變量值寫入標準輸出getconf PAGE_SIZE12:26分頁存儲為了找到每個頁面在內存中對應的物理塊，系統(tǒng)為進程設置了頁面映射表（頁表），實現(xiàn)頁號到物理塊號的地址映射在分頁存儲情況下，系統(tǒng)以內存塊為單位把內存分給作業(yè)或進程，一個進程的若干頁可分別裝入物理上不相鄰的內存塊中進程的虛擬地址空間映射到機器的物理空間時具有更大的靈活性12:2612:26多級頁表地址映射12:26linux內存管理使用交換和請求分頁存儲管理技術請求分頁存儲管理技術是在簡單分頁存儲技術基礎上發(fā)展起來的，提供虛擬存儲器進程運行時，不必把整個進程映射都放在內存中，只需在內存中保留當前用到的那一部分頁面，減少對換時間和所需內存空間允許進程大小可大于可用內存的總量，并允許更多進程同時在內存中執(zhí)行12:26請求分頁內存管理示意圖12:26請求分頁內存管理使得應用程序認為它擁有連續(xù)的可用的內存（一個連續(xù)完整的