linux内存模型

0. 内存基本知识

        我们通常称 linux的内存子系统为：虚拟内存子系统(virtual memory system)，为何这样称谓呢？

        其实这个是个很牛的设计。linux充分利用了程序的局部性原理，结合线性地址的概念（虚拟地址）使得运行于操作系统上的每个进程都可以使用所有用户空间主存。而且虚拟内存还解决了内存不连续和碎片的问题（因为在程序来说线性地址都是连续的）；每个进程都有各自的页表，虚拟地址空间都各自独立，互补干扰；

        那么我们的程序里申请的内存的时候，linux内核其实只分配一个虚拟内存（ 线性地址），并没有分配实际的物理内存。只有当程序真正使用这块内存时，才会分配物理内存。这就叫做延迟分配和请页机制。释放内存时，先释放线性区对应的物理内存，然后释放线性区；

        什么时候内核为进程划分物理内存的呢？ 当进程执行时，申请的内存只是一块虚拟内存区域，而不是实际的物理内存，只是获得了一块虚拟内存区域上线性地址区间的使用权。实际的物理内存只有当进程真的去访问新获得的虚拟地址时，才会由"请页机制"产生"缺页"异常，从而进入分配实际页框的例程。此异常会告诉内核去真正为进程分配物理页，并建立对应的页表。这之后虚拟地址才实实在在的映射到了物理内存上了。"请页机制"将物理内存的分配延后了，这样是充分利用了程序的局部性原来，节约内存空间，提高系统吞吐；

        那么cpu执行指令访存，使用的都是物理内存地址，而我们的编译器生成的二进制码实际上分配的都是逻辑内存（逻辑地址）；那么线性地址是如何转换为物理内存地址的呢？我们知道内存模型里有，段，页机制来寻址内存的；（物理内存也是划分为页为单位划分的） ；我们的程序主要分为数据段，代码段；数据段存放代码里已初始化数据，代码段存放可执行代码指令；linux通过段机制将我们程序的逻辑地址转换为线性地址，又通过页机制将线性地址转换为物理地址。

 

1. 内存布局

     我们编写的程序是如何在内存中布局的呢？

     我们知道Linux内核启动起来时，如果是4G内存，那么会有大约1G被内核占用。其他3G会被用户进行使用。我们稍后会讲解内核内存如何和用户内存通信。

     一个进程对应的内存空间包含一下5个区：

     代码段：存放可执行文件的操作指令；

     数据段：存放可执行文件申请已经初始化的全局变量；

     BSS段:  存放未初始化的全局变量；

     堆：      存放用户程序运行中，动态申请的内存空间；

     栈：      存放用户程序运行中，临时创建的局部变量；我们知道CPU有寄存器是直接可以访问栈的，所以栈比堆快多了。

 

    那么既然每个进程都有各自的虚拟内存空间，各自互不相干，那么进程间如何共享内存，内核又是如何向进程空间传递数据？  都是通过映射实现的，通过将内核的虚拟内存映射到当前进程用户空间的虚拟内存，当然映射时，要新建一个页表；  

2. 虚拟内存管理

    简单的说linux的虚拟内存管理技术：让每个进程看上去可以使用整个用户空间主存。通过 线性地址加上swap机制； swap机制：如果一个正在被cpu执行的进程恰巧和另外一个进程的线性地址指向了同一块物理内存。那么Linux通过swap机制，将这块内存写到磁盘上，叫做唤出。被唤出的数据，在使用时，又被换入；

    linux还通过cache+buffer机制： 将最近使用过的数据尽量cache,buffer起来，以便稍后会使用到；这就是说我们的可用内存=free + buffer + cache;

 

 

评论

2 楼 ljl_ss 2011-09-21  

gogole_09 写道

实际的物理内存只有当进程真的去访问新获得的虚拟地址时，才会由"请页机制"产生"缺页"异常，从而进入分配实际页框的例程。此异常会告诉内核去真正为进程分配物理页，并建立对应的页表。这之后虚拟地址才实实在在的映射到了物理内存上了。"请页机制"将物理内存的分配延后了，这样是充分利用了程序的局部性原来，节约内存空间，提高系统吞吐；
对这里有点疑惑？
   如果进程真正去访问虚拟地址的时候，有没有可能虚拟地址实际对应的物理内存空间被其他进程优先占用掉呢？
  

这个时调用swap机制

1 楼 gogole_09 2011-05-25  

实际的物理内存只有当进程真的去访问新获得的虚拟地址时，才会由"请页机制"产生"缺页"异常，从而进入分配实际页框的例程。此异常会告诉内核去真正为进程分配物理页，并建立对应的页表。这之后虚拟地址才实实在在的映射到了物理内存上了。"请页机制"将物理内存的分配延后了，这样是充分利用了程序的局部性原来，节约内存空间，提高系统吞吐；
对这里有点疑惑？
   如果进程真正去访问虚拟地址的时候，有没有可能虚拟地址实际对应的物理内存空间被其他进程优先占用掉呢？