linux内存管理.doc

目 录 1 内存分段 1 2 虚拟地址空间和虚拟内存 1 2.1 虚拟地址空间 2 2.2 虚拟内存 2 3 Linux内存管理/映射 2 3.1 内核空间到物理内存的映射 2 3.2 用户空间到物理内存（页式映射 3 3.3 Linux系统的内存管理功能 3 4 Linux执行用户程序 4 5 Linux内存分配 4 5.1 get_free_page/get_free_pages 4 5.2 kmalloc 5 5.3 vmalloc 5 5.4 例子 6 6 uClinux内存管理 7 6.1 基础 7 6.2 reloc机制 7 6.3 uClinux内存管理的局限性 8 7 uClinux执行用户程序 8 1 内存分段 代码段：代码段是用来存放可执行文件的操作指令，也就是说是它是可执行程序在内存种的镜像。代码段需要防止在运行时被非法修改，所以只准许读取操作，而不允许写入（修改）操作——它是不可写的。 数据段：数据段用来存放可执行文件中已初始化全局变量，换句话说就是存放程序静态分配[1]的变量和全局变量。 BSS段：BSS段包含了程序中未初始化全局变量，在内存中 bss段全部置零。 堆（heap）：堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用malloc等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上（堆被扩张）；当利用free等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被剔除（堆被缩减） 栈：栈是用户存放程序临时创建的局部变量，也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量（但不包括static声明的变量，static意味这在数据段中存放变量）。除此以外在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也回被存放回栈中。由于栈的先进先出特点，所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上将我们可以把堆栈看成一个临时数据寄存、交换的内存区。 虚拟内存和虚拟地址几乎没有关系虚拟内存是拿硬盘空间当做内存空间欺骗进程一个程序编译连接后形成的地址空间是一个虚拟地址空间源程序中的所有标识符在编译成为可执行程序后，都会分配进程的虚拟地址每个进程都拥有各自的私有用户空间（0-3GB），这个空间对系统中的其他进程是不可见的，相互隔离的。所以每个进程都可以对相同的虚拟地址进行访问，但是即使虚拟地址相同，里面的内容也是不相同的，不会造成冲突可以把程序同时运行10次，你会看到10个进程占用的线性地址一模一样在任意时刻，只能有同一个进程在运行，在这一时刻，只存在一个4GB的虚拟地址空间，当进程切换时，虚拟地址空间也随着切换，所以，尽管每个进程都可以有4GB的地址空间，但是，在CPU看来，只有一个虚拟地址空间存在。 程序最终必须运行在物理内存上，，虚拟内存必须被转化为物理地址他们之间的映射需要通过硬件体系结构所规定的数据结构来建立，这就是我们所说的段描述表和表，Linux主要通过页表来进行映射。如果页表不同，CPU将某一虚拟地址转化为物理地址就会不同，就会访问不同的物理空间。所以我们要为每一个进程都建立其页表，当CPU进行进程切换的时候，页表也更换为相应进程的页表，这样就可以实现每个进程都有自己的虚拟地址，而又互不影响。 内核空间对所有的进程都是共享的，其中存放的是内核代码和数据，而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据，不管是内核程序还是用户程序，它们被编译和连接以后，所形成的指令和符号地址都是虚地址，而不是物理内存中的物理地址。 如果计算机缺少运行程序或操作所需的随机存取内存 (RAM)，则 Windows 使用虚拟内存进行补偿。虚拟内存将计算机的 RAM 和硬盘上的临时空间组合在一起。当 RAM 运行速度缓慢时，虚拟内存将数据从 RAM 移动到称为“分页文件”的空间中。将数据移入与移出分页文件可以释放 RAM，以便完成工作。一般而言，计算机的 RAM 越多，程序运行得越快。如果计算机的速度由于缺少 RAM 而降低，则可以尝试增加虚拟内存来进行补偿。但是，计算机从 RAM 读取数据的速度要比从硬盘读取数据的速度快得多，因此增加 RAM 是更好的方法。 在默认情况下，虚拟内存是以名为“Pagefile.sys”的交换文件存于硬盘的系统分区中。若系统盘剩余容量过小，即会出现。系统盘至少应留有300MB的可用空间 3.1 内核空间到物理内存的映射 虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节，但映射到物理内存却总是从最低地址（0开始的，之所以这么规定，是为了在内核空间与物理内存之间建立简单的线性映射关系。其中，3GB（0xC0000000）就是物理地址与虚拟地址之间的位移量，在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。 我们来看一下