Linux实时内存的研究与实现1
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３
１
卷
第
８
期
２０１４
年
８
月
微
电 子 学 与 计 算 机
Ｍ
ＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ
＆ ＣＯＭＰＵＴＥＲ
Ｖ
ｏｌ．３１
Ｎｏ．８
Ａｕ
ｇ
ｕ
ｓｔ
２０１４
收
稿日期
：
２０１３－１１－０３
；
修回日期
：
２０１３－１２－２２
基金项目
：
国家基础预研项目
（
２０１１ＡＣ１００００１Ｃ１００００１
）
Ｌ
ｉｎｕｘ
实时内存的研究与实现
田
泉
，
艾
丽蓉
，
陈
杰
（
西
北工业大学 计算机学院
，
陕西 西安
７１０１２９
）
摘
要
：
Ｌｉｎｕｘ
系统采用了虚拟存储技术
，
当
请求的页面不在内存中时触发缺页中断
，
由此带来的延迟不确定
，
故
不能满足实时应用程序的要求
．
此外
，
对于用户态和内核态存在大量数据传输的情况下
，
通用
Ｌ
ｉｎｕｘ
系统也不能满
足实时应用程序的需求
．
针对以上问题
，
讨论了
Ｌｉｎｕｘ
的内存管理
，
并采用内存映射技术来解决虚拟内存的换页问
题以及实现用户态和内核态共享一块物理内存来满足实时应用程序的需求
．
在文章的最后
，
测试和比较了采用内
存映射技术实现实时内存的性能
．
测试结果表明
，
采用该技术可以有效地为实时应用程序提供实时内存
．
关键词
：
内存映射
；
实时
；
缺页中断
；
虚拟内存
中图分类号
：
Ｔ
Ｐ３１６．２
文献标识码
：
Ａ
文章编号
：
１０００－７１８０
（
２０１４
）
０８－００４５－０４
Ｒ
ｅｓｅａｒｃｈ
ａｎｄ
Ｉｍ
ｐ
ｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｏｆ
Ｒｅａｌ
－
Ｔ
ｉｍｅ
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ｙ
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Ｌｉｎｕｘ
Ｏ
ｐ
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ｇ
Ｓ
ｙ
ｓｔｅｍ
Ｔ
ＩＡＮ
Ｑｕａｎ
，
ＡＩ
Ｌｉ
－
ｒ
ｏｎ
ｇ
，
ＣＨＥＮ
Ｊｉｅ
（
Ｓ
ｃｈｏｏｌ
ｏｆ
Ｃｏｍ
ｐ
ｕｔｅｒ
，
Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ
Ｐｏｌ
ｙ
ｔｅｃｈｎｉｃｃａｌ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ
ｙ
，
Ｘｉ′ａｎ
７１０１２９
，
Ｃｈｉｎａ
）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
：
Ｕｓｉｎ
ｇ
ｖｉｒｔｕａｌ
ｓｔｏｒａ
ｇ
ｅ
ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ
ｉｎ
Ｌｉｎｕｘ
Ｏ
ｐ
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ｇ
Ｓ
ｙ
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，
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ｐ
ａ
ｇ
ｅ
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ｇｇ
ｅｒｅｄ
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ｔｈｅ
ｒｅ
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ｇ
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ｉｓ
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ｉｎ
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ｙ
，
ｗｈｉｃｈ
ｒｅｓｕｌｔｓ
ｉｎ
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ｙ
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ｍｅｅｔ
ｔｈｅ
ｒｅ
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－
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ａ
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Ｉｎ
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，
ｗｉｔｈ
ｔｈｅ
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ｏｆ
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ｇ
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ｏｆ
ｄａｔａ
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎ
ｕｓｅｒ
ｍｏｄｅ
ａｎｄ
ｋｅｒｎｅｌ
ｍｏｄｅ
，
ｔｈｅ
ｇ
ｅｎｅｒｉｃ
Ｌｉｎｕｘ
ｓ
ｙ
ｓｔｅｍ
ｃａｎｎｏｔ
ｍｅｅｔ
ｔｈｅ
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－
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ｐｐ
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ｓｏｌｖｅ
ｔｈｅｓｅ
ｐ
ｒｏｂｌｅｍｓ
，
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ｐ
ａ
ｐ
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ｓｔｕｄｉｅｓ
ｔｈｅ
Ｌｉｎｕｘ
ｍｅｍｏｒ
ｙ
ｍａｎａ
ｇ
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ｆｉｒｓｔｌ
ｙ
，
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ｕｓｉｎ
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ｍｅｍｏｒ
ｙ
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ｍ
ａ
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ｒｅｓｕｌｔｓ
ｓｈｏｗ
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ｔｈｅ
ｔｅｃｈｎｏｌｏ
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ｒｏｖｉｄｅ
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ｍｅｍｏｒ
ｙ
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：
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ｙ
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ｔｉｍｅ
；
ｐ
ａ
ｇ
ｅ
ｆａｕｌｔ
；
ｖｉｒｔｕａｌ
ｍｅｍｏｒ
ｙ
１
引
言
Ｌ
ｉｎｕｘ
为
每个进程维持了一个单独的虚拟地址
空间
，
并且将地址空间划分为固定大小的页面
［
１
］
．
在
进
程执行的过程中
，
页面按需被调入物理内存中
．
由
于系统的物理内存有限
，
故在进程占用空间很大或
多进程的情况下
，
每个进程只有部分页面在物理内
存中
．
而当发生缺页中断时
，
需要一系列的操作将新
的页面调入物理内存
，
此过程导致的延迟不确定并
且不可预测
，
这对于实时性要求高的任务来说往往
是不能接受的
．
此外
，
用户空间不能也不应该操作内
核空间
，
在通用系统中
，
通过系统调用来实现用户空
间和内核空间数据交换
，
同样的这对于实时性要求
高的任务来说不能很好地满足实时性
［
２
］
．
目
前比较
流行的
Ｌ
ｉｎｕｘ
实时内存改造
方案是通过优化内存的
分配方案以尽量减少缺页中断的发生
，
而从根本上
并不能保证实时程序的页面不被换出
，
因此也就不
能满足实时性要求高的实时程序的性能需求
．
DOI:10.19304/j.cnki.issn1000-7180.2014.08.010
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