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1、Linux(x86)内存管理学习总结吴发松2012.6.15硬件基础(x86)•8个通用寄存器–EAX,EBX,ECX,EDX,EBP,ESP,ESI,EDI–AX,BX,CX,DX,BP,SP,SI,DI–AH,BH,CH,DH/AL,BL,CL,DL•6个16位的段寄存器–CS,DS,SS,ES,FS,GS•指令指针寄存器和标志寄存器–EIP–EFLAGS•控制寄存器–CR0：机器状态字–CR1：intel保留–CR2：页故障地址–CR3：页目录地址•系统地址寄存器–全局描述符表寄存器–中断描述符表寄存器–局部描述符表寄存器–任务状态寄存器
2、•其它–调试寄存器–测试寄存器地址的转换•相关概念–虚拟地址–线性地址–物理地址•实模式下的地址转换–段地址：段内偏移•保护模式下的地址转换–MMU把虚拟地址转换成物理地址分段机制•作用：把虚拟地址转换成线性地址•段描述符表–全局描述符表–中断描述符表–局部描述符表•段描述符（8字节）–段基地址：32位–段界限：20位–段属性：12位•段选择符分页机制•作用：把线性地址转换成物理地址•页的大小：4k•页表–物理页面基地址–页的属性•页表项–用低12位表示页的属性（4k=2∧12），则32位的页表项恰好可以表示页的映射关系下级页表或物理页面的基地
3、址属性多级页表•如果不分级，则：–4GB的线性地址空间可以划分为1M个4KB大小的页；即，页表中有1M个页表项。•二级页表：–即把1M个页表项组成的“大”页表，划分成1K个“小”页表，每个表中有1K个页表项。–这样32位的线性地址就被划分成如下结构：页目录页页内偏移•n级页表：–以此类推线性地址到物理地址的转换•二级页表：扩展分页•页的大小为4M•32位的线性地址划分为：–目录域：高10位–页内偏移：低22位Linux的分页机制(2.4.x)•三级分页–页目录–中间目录–页表虚拟地址空间•相关概念–虚拟内存：32位系统上，每个进程都拥有4GB的
4、虚拟地址空间–内核空间：0xC0000000~0xFFFFFFFF–用户空间：0x00000000~0xBFFFFFFF内核空间到物理内存的映射•从物理地址0x00000000开始映射•物理地址和虚拟地址之间有一个偏移：PAGE_OFFSETLinux对物理内存的描述•UMA和NUMA–UMA的重要特征：整个物理内存都是均匀的，CPU访问这个空间中的任何地址所需要的时间都相同。•存储节点–访问时间相同的存储空间叫一个“存储节点”•页面的数据结构–系统在初始化阶段根据系统的内存大小建立一个page结构的数组mem_map，数组的下标就是内存中物理
5、页面的序号•内核的内存管理区Zone–ZONE_DMA（<16M）：专供DMA使用–ZONE_NORMAL（16M~896M）–ZONE_HIGHMEM（>896M）：高端内存区理解内核的高端内存区•内核在0xc0000000~0xffffffff，大小为1G的逻辑地址空间内运行，但真正的物理内存可能大于1G，即，不可以把所有的内核地址空间按“逻辑地址=物理地址+0xc0000000”的方式简单的和物理地址建立映射，因为那样的话，内核将无法访问超过1G的物理内存。•X86的解决方法是把内核的地址空间划分为3个区，即：–ZONE_DMA16M–Z
6、ONE_NORMAL16~896M–ZONE_HIGHMEM896M~1G•前两个区和物理地址建立简单的映射关系：“逻辑地址=物理地址+0xc0000000”•ZONE_HIGHMEM区128M的地址空间则“预留”出来，以便根据需要用它来映射896M以上的物理内存，达到“内核可以访问所有物理内存”的目的。•可以这样理解：“高端内存”不仅仅是内核逻辑地址空间中的概念，也确实是对应着物理内存中的高端内存。Linux高端内存区的划分•内核将高端内存划分为3部分，对应3种不同的映射方式：–非连续映射区:VMALLOC_START~VMALLOC_END
7、–永久内核映射区:PKMAP_BASE~FIXADDR_START–临时映射区:FIXADDR_START~4G永久内核映射•使用一个专门页表，pkmap_page_table–Pte_t*pkmap_page_table;•大小为LAST_PKMAP，通常为4M–#ifdefCONFIG_X86_PAE–#defineLAST_PKMAP512–#else–#defineLAST_PKMAP1024–#endif•映射的线性地址从PKMAP_BASE(0xfe000000)开始•Kmap()/kunmap()临时内核映射•Km_type•每个
8、cpu占用一块这样的空间•每个cpu占用的空间又被划分为多个小空间，每个小空间的大小为1个page•使用每个cpu数据的原因，是为了提高系统性能：–减
