linux 虛 存 分 析 報 告

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1、Linux虛存分析報告方存好第一章前言2第二章LINUX虛存管理概述31、Linux虛存管理的基本特點32、Linux虛存管理的主要實現(xiàn)技術3第三章LINUX虛存管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)51、32-bit虛擬地址52、Linux的多級頁表結(jié)構(gòu)53、頁表項的格式64、動態(tài)地址映射75、用戶進程的虛擬內(nèi)存結(jié)構(gòu)86、我們的工作10第四章PROCESS的虛存管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立、維護、拆除及相關系統(tǒng)調(diào)用流程111、進程的載入、創(chuàng)建及內(nèi)存管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和鏈結(jié)關系的建立112、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及鏈結(jié)關系的拆除（sys__exit)133、缺頁中斷服務14第五章主要函數(shù)

2、分析16Memory.c16mmap.c22第六章后記2929第一章前言Linux是一個功能強大的操作系統(tǒng)，而內(nèi)存管理則是操作系統(tǒng)的核心，它負責管理計算機系統(tǒng)的存儲器。作為操作系統(tǒng)的核心，必須能夠克服物理內(nèi)存的局限，使用戶進程在透明方式下，擁有比實際物理內(nèi)存大得多的內(nèi)存。其策略之一就是使用虛擬內(nèi)存。Linux成功地實現(xiàn)了以虛擬內(nèi)存為核心的內(nèi)存管理策略，強大得分頁機制，公平得交換方式，各類有效得高速緩存，以及以頁保護為主得保護措施等。內(nèi)存管理的目的是要盡可能地方便用戶。同時Linux系統(tǒng)通過對用戶進程虛存的有效管理，作到了虛存對一般用

3、戶和Linux程序員的透明。本文首先闡述了Linux虛存管理以基本特點和主要實現(xiàn)技術，并分析了Linux虛存管理的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其相關關系。圍繞它的建立、維護、使用和拆除，作了一個粗淺的剖析，因本人水平有限，有不當之處，請老師指正。同時應該指出的是本文所做的工作離不開同組的林濤、徐玫峰和范昭偉同學的幫助，謝謝他們。29第一章Linux虛存管理概述Linux的內(nèi)存管理采用頁式管理，使用多級頁表，動態(tài)地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)與主存、輔存共同實現(xiàn)虛擬內(nèi)存：每個用戶Process擁有4GB的虛擬地址空間，Process在運行過程中可以動態(tài)浮動和擴展，為

4、用戶提供了透明的、靈活有效的內(nèi)存使用方式，下面簡述Linux虛存管理以基本特點和主要實現(xiàn)技術：1、Linux虛存管理的基本特點1.更大的地址空間。虛擬內(nèi)存可以是系統(tǒng)實際擁有的物理內(nèi)存的若干倍。因而它使得操作系統(tǒng)看起來擁有比實際大得多的內(nèi)存。2.合理的物理內(nèi)存分配。Linux通過共享和交換策略，使各個運行的進程能公平地共享內(nèi)存。3.保護。Linux存儲管理子系統(tǒng)為每一內(nèi)存頁設置了“上鎖位”，在線性地址及每級頁表頁項上設置了“讀/寫”位，這樣來確保某一個進程不受其他進程的干擾。即使某一個進程失敗了，也不會影響到其他進程和操作系統(tǒng)本身。4

5、.共享虛擬內(nèi)存Linux實現(xiàn)的虛擬內(nèi)存允許兩個進程之間互相共享內(nèi)存，例如：共享的庫。在這種情形之下，庫代碼僅存在于一個進程，而不需要為每一個應用都復制一份。2、Linux虛存管理的主要實現(xiàn)技術1、請求調(diào)頁（demandingpaging）與內(nèi)存擴展用戶Process創(chuàng)建時，并不是將它所需所有頁都分配給相應物理頁。開始時只裝入頁面中Process的第一個頁面，其他頁根據(jù)Process運行過程的請求從外存調(diào)入所需頁面，當Process訪問一個頁表項P位為0的頁中地址時，表示此頁不在主存中，將產(chǎn)生缺頁中斷，系統(tǒng)調(diào)用handle_mm_fa

6、ult()處理訪問異常，為之分配相應物理頁后，它再調(diào)用swap_in()函數(shù)，從外存中讀入該頁面。Linux是一種請求式分頁存貯管理，這才使之可以運行大于主存空間的Process。2、頁換出策略29內(nèi)存中頁面不足時，Linux使用頁面AGE技術實現(xiàn)了頁淘汰策略的最近最少使用（LRU）算法：即每次換出時，總是選擇最老的頁換出，對易于從其他設備上獲取的非臟（notdirty）頁面。Linux采用丟棄（discarding）技術，如果發(fā)生過寫操作，則將該頁寫入系統(tǒng)的Swapfile中，這樣就可以加快換入的速度。1、內(nèi)存共享Linux將內(nèi)存

7、劃分為4K大小的頁面，為內(nèi)存共享提供了基礎：(1)不同進程間頁面共享時，可令共享該頁的Process的頁表項（pte）均指向該頁。(2)對kernel代碼和數(shù)據(jù)段的共享，通過Process創(chuàng)建時fork()函數(shù)將kernel代碼和數(shù)據(jù)段映射到用戶虛存的3GB~4GB的空間中去，所以每個Process都可以通過一定方式共享kernel的代碼和數(shù)據(jù)段。2、內(nèi)存保護采用了“Hole”技術、虛存段的保護、地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)、頁表存取控制位（R/W位）等技術實現(xiàn)了內(nèi)存保護。──“Hole”技術物理內(nèi)存前4K是一空頁（empty_zero_page）

8、，用來捕獲NULL指針的異常訪問。在Process每個虛存段后，都有一個“4K”的“Hole”，用來捕獲虛存段的越界訪問。──虛存段保護方式主存中虛存段的全部或部分可以設為保護方式，防止非法訪問。──頁表項存取控制位（R/W位）頁表項