Linux操作系统内核指导——虚拟存储

发布时间：2007.01.09 04:59     来源：CSDN    作者：CSDN

虚拟地址由操作系统维护，由MMU可以进行转换。扩大了内存空间分页管理，把内存分为页和页桢，大小一样，一个在磁盘，一个在内存。页表就像一个函数，输入是页号，输出是页桢号。

页表可以是多级页表，可以用TLB（Translation Lookaside Buffer）缓存。速度和成本介于内存和寄存器。

页表项：禁止缓存，访问位，保护位，修改位，存在位——页桢号。

页面置换：最优算法，先进先出和最近最少使用 （Leaset Recently Used）。

Linux 虚拟内存的管理

1.缺省页面大小8K，每一个进程维护自己的一张页表。所以，不同进程的虚拟地址可能一样。

2.虚拟地址：0x2194 ——> 因为页面大小0x2000，所以此地址在页面1处。页内偏移地址是0x194如果页1映射为页桢4，那么它的物理地址是0x8000+0x194=0x8194.

3.换页，paging ondemand

4.交换 thrashing LRU

5.Linux 总假定处理器支持三级页表结构，PGD， PMD， PTE在Intel X86的微机上，linux表结构只有两级 PGD， PTE （PMD 只有一个表项）。

6.每当启动一个新线程，linux都会为它分配一个task_struct结构体，内含ldt（local descriptor table），tss（task state segment），mm等内存管理信息。其中，mm_struct结构体，包含了用户进程中的存储相关的信息。

7.vma程序执行时，并将执行映像调入进程虚拟地址空间中，共享库也是。但是，实际上没有进入到物理内存中。

在mm_struct，包含一些指向vm_area_struct数据结构描述了虚拟内存的起始与结束位置，进程对此内存区域的权限以及一组内存操作。所以，操作系统对虚拟内存的管理，就是对这个数据结构的管理。而且，vma不是一个是一组，所以需要通过红黑树算法来进行管理，分配和取消。

8.页面分配，用Buddy算法来进行，内存分配代码在free_area数组维护的链表中寻找一个满足要求，同时又尽可能小的空闲块分割的同时，剩余的进行再分配。

9.asmlinkage do_page_fault（struct pt_regs *regs， unsigned long error_code）；编译器不要使用寄存器，而是使用堆栈来传递参数当MMS发现错误了，就调用这个函数。当缺页时，CPU将会发生缺页异常的地址拷贝到cr2控制寄存器中，然后进入缺页异常的处理过程。

handle_fault_mm（）->handle_pte_fault（）->do_no_page（）->do_swap_page（）

如果发生异常时的系统状态EFLAGS的中断位置位，那么在保存了cr2之后便可以允许终端发生，底层过程调用sti指令开中断。