Linux课件（Linux课件）

Linux内存管理是操作系统的核心部分，尤其对于Linux这样的开源操作系统，其内存管理机制的高效和灵活是其性能表现的关键。在i386架构下，Linux使用保护模式的分段和分页技术来实现对内存的管理和访问。 i386保护模式的分段与分页是内存管理的基础。在Intel x86架构中，逻辑地址由段选择子（16bits）、段内偏移（32bits）和页内偏移（12bits）组成，通过段描述符（8bytes）进行地址转换。段选择子指向全局描述表（GDT）或本地描述表（LDT），其中包含段基地址、段界限、访问特权级等信息。分页则是将逻辑地址进一步转换为物理地址，通过页目录（pgd）和页表（pte）索引，利用页目录索引（10bits）和页表索引（10bits）确定页帧号，结合页内偏移完成地址转换。 Linux的分页机制在i386上具体表现为：线性地址通过页目录和页表进行分页转换。例如，pmd_index宏用于计算页中级目录（pmd_t）的索引，通过地址右移PMD_SHIFT位并应用位掩码。页目录项和页表项包含存在位、读写位、用户态/核心态访问位、写透标志、高速缓存禁用位、已写标志以及页大小标志（4K或4M）。 Linux的线性地址空间分配非常关键。4GB的线性地址被划分为用户空间（3GB）和内核空间（1GB）。用户空间从0x00000000到0xBFFFFFFF，而内核空间从0xC0000000开始。每个进程的页目录的最后四分之一映射到内核页目录，这样可以减少同步开销，但可能导致页目录项不一致。线性地址空间还包括内存映射区域，如文件映射、共享库、运行时堆、程序文本、初始化数据、未初始化数据、堆栈等。 用户地址空间的分配通常包括数据段（如全局变量）、用户栈、堆（malloc分配的空间）和程序文本（.text）、初始化数据（.data）、未初始化数据（.bss）。例如，C程序中的全局变量z位于数据段，main函数中的局部变量a和堆分配的空间位于用户栈，而fork()创建的子进程会共享父进程的数据段，但拥有独立的栈空间。 在Linux中，可以通过/proc文件系统查看进程的用户地址空间分配。例如，/proc/pid/maps文件展示了进程的内存映射情况，包括文件映射、匿名映射、堆、栈等。程序如mmap.c可以使用mmap系统调用来将自身复制到stdout，展示了内存映射功能的使用。 Linux内存管理包括了复杂的分页和分段机制，线性地址空间的分配策略，以及用户和内核空间的隔离。理解这些概念对于进行Linux系统编程和性能优化至关重要。