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1、Linux存儲(chǔ)器管理一、linux存儲(chǔ)器管理概述Linux的設(shè)計(jì)目標(biāo)是支持絕大多數(shù)主流的CPU，而很多CPU使用的是RISC體系結(jié)構(gòu)，并沒有分段機(jī)制（采用虛擬分頁存儲(chǔ)管理方法），所以2.6版內(nèi)核只有在80x86結(jié)構(gòu)下才使用分段，而且只是象征性地使用了一下：所有Linux進(jìn)程僅僅使用四種段來對(duì)指令和數(shù)據(jù)尋址。運(yùn)行在用戶態(tài)的進(jìn)程使用所謂的用戶代碼段和用戶數(shù)據(jù)段。類似地，運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)的所有Linux進(jìn)程都使用一對(duì)相同的段對(duì)指令和數(shù)據(jù)尋址：它們分別叫做內(nèi)核代碼段和內(nèi)核數(shù)據(jù)段。下表顯示了這四個(gè)重要段的段描述符字段的值：段BaseLimitDPL用戶代碼段0x000000000xf
2、ffff3用戶數(shù)據(jù)段0x000000000xfffff3內(nèi)核代碼段0x000000000xfffff0內(nèi)核數(shù)據(jù)段0x000000000xfffff0相應(yīng)的段描述符由宏__USER_CS，__USER_DS，__KERNEL_CS，和__KERNEL_DS分別定義。例如，為了對(duì)內(nèi)核代碼段尋址，內(nèi)核只需要把__KERNEL_CS宏產(chǎn)生的值裝進(jìn)cs段寄存器即可。注意，與段相關(guān)的線性地址（段內(nèi)地址）從0開始，達(dá)到232-1的尋址限長。這就意味著在用戶態(tài)或內(nèi)核態(tài)下的所有進(jìn)程可以使用相同的邏輯地址。所有段基址都是0x00000000，這可以得出另一個(gè)重要結(jié)論，那就是在Linux下邏
3、輯地址與線性地址是一致的，即邏輯地址的偏移量字段的值與相應(yīng)的線性地址的值總是一致的。如前所述，CPU的當(dāng)前特權(quán)級(jí)（CPL）反映了進(jìn)程是在用戶態(tài)還是內(nèi)核態(tài)，并由存放在cs寄存器中的段選擇符的RPL字段指定。只要當(dāng)前特權(quán)級(jí)被改變，一些段寄存器必須相應(yīng)地更新。例如，當(dāng)CPL=3時(shí)（用戶態(tài)），ds寄存器必須含有用戶數(shù)據(jù)段的段選擇符，而當(dāng)CPL=0時(shí)，ds寄存器必須含有內(nèi)核數(shù)據(jù)段的段選擇符。類似的情況也出現(xiàn)在ss寄存器中。當(dāng)CPL為3時(shí)，它必須指向一個(gè)用戶數(shù)據(jù)段中的用戶棧，而當(dāng)CPL為0時(shí)，它必須指向內(nèi)核數(shù)據(jù)段中的一個(gè)內(nèi)核棧。當(dāng)從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)時(shí)，Linux總是確保ss寄存器
4、裝有內(nèi)核數(shù)據(jù)段的段選擇符。當(dāng)對(duì)指向指令或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針進(jìn)行保存時(shí)，內(nèi)核根本不需要為其設(shè)置邏輯地址的段選擇符，因?yàn)閏s寄存器就含有當(dāng)前的段選擇符。例如，當(dāng)內(nèi)核調(diào)用一個(gè)函數(shù)時(shí)，它執(zhí)行一條call匯編語言指令，該指令僅指定它邏輯地址的偏移量部分，而段選擇符不用設(shè)置，其隱含在cs寄存器中了。因?yàn)椤霸趦?nèi)核態(tài)執(zhí)行”的段只有一種，叫做代碼段，由宏_KERNEL_CS定義，所以只要當(dāng)CPU切換入內(nèi)核態(tài)時(shí)足可以將__KERNEL_CS裝載入cs。同樣的道理也適用于指向內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針（隱含地使用ds寄存器）以及指向用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針（內(nèi)核顯式地使用es寄存器）。二、linux進(jìn)程的虛
5、存區(qū)域361.內(nèi)核空間和用戶空間l進(jìn)程運(yùn)行時(shí)能訪問的存儲(chǔ)空間只是它的虛擬內(nèi)存空間。對(duì)當(dāng)前該進(jìn)程而言只有屬于它的虛擬內(nèi)存是可見的。l在進(jìn)程的虛擬內(nèi)存包含著進(jìn)程本身的程序代碼和數(shù)據(jù)。l進(jìn)程在運(yùn)行中還必須得到操作系統(tǒng)的支持。進(jìn)程的虛擬內(nèi)存中還包含著操作系統(tǒng)內(nèi)核。lLinux把進(jìn)程的虛擬內(nèi)存分成兩部分，內(nèi)核區(qū)和用戶區(qū)。l操作系統(tǒng)內(nèi)核的代碼和數(shù)據(jù)等被映射到內(nèi)核區(qū)。l進(jìn)程的可執(zhí)行映像（代碼和數(shù)據(jù)）映射到虛擬內(nèi)存的用戶區(qū)。l進(jìn)程虛擬內(nèi)存的內(nèi)核區(qū)的訪問權(quán)限設(shè)置為0級(jí)，用戶區(qū)為3級(jí)。l內(nèi)核訪問虛存的權(quán)限為0級(jí)，而進(jìn)程的訪問權(quán)限為3級(jí)Linux運(yùn)行在x86時(shí)，進(jìn)程的虛擬內(nèi)存為4GB。進(jìn)程虛
6、存空間的劃分在系統(tǒng)初始化時(shí)由GDT確定，它定義在/arch/i386/kernel/head.S文件中：.quad0x0000000000000000/*NULL描述符*/.quad0x0000000000000000/*未使用*/.quad0xc0c39a000000ffff/*內(nèi)核代碼段1GB在0xc0000000*/.quad0xc0c392000000ffff/*內(nèi)核數(shù)據(jù)段1GB在0xc0000000*/.quad0x00cbfa000000ffff/*用戶代碼段3GB在0x00000000*/.quad0x00cbf2000000ffff/*用戶數(shù)據(jù)段3GB在
7、0x00000000*/.quad0x0000000000000000/*未使用*/.quad0x0000000000000000/*未使用*/.fill2*NR_TASKS,8,0/*各個(gè)進(jìn)程LDT描述符和TSS描述符的空間*/Linux的存儲(chǔ)管理主要是管理進(jìn)程虛擬內(nèi)存的用戶區(qū)。進(jìn)程虛擬內(nèi)存的用戶區(qū)分成代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧以及進(jìn)程運(yùn)行的環(huán)境變量、參數(shù)傳遞區(qū)域等。2.linux描述進(jìn)程虛擬地址空間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）進(jìn)程虛擬地址空間mm_struct結(jié)構(gòu)每一個(gè)進(jìn)程，用一個(gè)mm_struct結(jié)構(gòu)體來定義它的虛存用戶區(qū)。該結(jié)構(gòu)體首地址在進(jìn)程的任務(wù)
