Linux源代码分析——存储管理.pdf

《Linux源代码分析——存储管理》一文深入探讨了Linux操作系统中的存储管理机制，特别是虚拟内存的实现。Linux操作系统以其开源、免费、跨平台及强大的功能特性，深受全球政府、企业和学术界的关注。作者们自2000年开始对Linux 2.2.16版本的源代码进行分析，本文重点解析了存储管理部分。 Linux的存储管理采用虚拟页式管理，利用多级页表进行动态地址变换，使得进程可以浮动和扩展，为用户提供透明且高效的内存使用方式。在32位系统中，进程拥有4GB的虚拟地址空间，通过32位地址寻址。虚拟地址被分为三个子段，每个页面大小为4KB。 Linux的标准页表结构通常为三级页表，包括页目录（Page Directory，PGD）、中间页目录（Page Middle Directory，PMD）和页表（Page Table，PTE）。在i386架构中，由于硬件限制，Linux实际使用的是二级页表结构，将PGD和PMD合并。每个进程只有一个页目录，包含1024个表项，每个表项指向一个4KB大小的页表。页表项则标识了一个页面框（page frame），即虚拟内存中的一个地址空间。 页表项的格式包含了各种控制信息，如访问权限、脏标志、是否存在等，这些信息用于控制页面的读写、缓存策略以及页面是否在物理内存中。当进程访问虚拟地址时，通过多级页表找到对应的物理地址，实现虚拟到物理地址的映射。这一过程是动态的，可以根据需求将部分页面交换到磁盘上的交换文件，从而有效地管理和利用有限的物理内存资源。 Linux的虚拟内存机制还包括了内存分配器，如slab分配器，用于高效地分配和回收内核对象。此外，还有伙伴系统等算法来处理不同大小的内存块分配，确保内存的高效使用和碎片最小化。 Linux的存储管理机制是其能够提供高性能和灵活内存使用的关键。通过对源代码的深入分析，我们可以更好地理解这一机制，为优化系统性能或进行相关研究提供有力的支持。