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Linux內(nèi)核是一個開放源代碼的操作系統(tǒng)內(nèi)核，它是由整個Linux操作系統(tǒng)的核心組成部分。Linux內(nèi)核的設計理念在于提高內(nèi)核的可讀性、可移植性和可擴展性。其中內(nèi)存管理，尤其是虛擬內(nèi)存管理，是Linux內(nèi)核的最重要和最顯著的特性之一。Linux內(nèi)核的存儲器管理是如何實現(xiàn)的呢？本文將進行探析。
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1. 內(nèi)存管理的主要任務
內(nèi)存管理是Linux操作系統(tǒng)中最重要的子系統(tǒng)之一。它的主要任務是為操作系統(tǒng)提供一個保護、共享和動態(tài)分配內(nèi)存的機制。內(nèi)存管理還負責虛擬內(nèi)存、交換空間、頁面分配以及文件系統(tǒng)緩存的管理。其工作原理如下圖所示：
2. 虛擬內(nèi)存的實現(xiàn)
虛擬內(nèi)存是現(xiàn)代操作系統(tǒng)中運用最廣泛的內(nèi)存管理技術之一。它的核心思想就是將實際的內(nèi)存地址與虛擬地址進行映射，使得用戶空間程序看起來好像有足夠的內(nèi)存空間來存儲數(shù)據(jù)和執(zhí)行代碼。虛擬內(nèi)存系統(tǒng)先將程序的代碼和數(shù)據(jù)存儲在磁盤上，當程序運行時，它將數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中，只有當需要時，虛擬內(nèi)存系統(tǒng)才會從磁盤中讀取數(shù)據(jù)和代碼。虛擬內(nèi)存的大小取決于實際內(nèi)存和交換空間的總和。
在Linux內(nèi)核中，可以用以下主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理虛擬內(nèi)存：
1. 內(nèi)存管理區(qū)域(Memory Management Regions, MMRs)。 MMRs包含物理區(qū)域描述符(Physical Region Descriptors, PRDs)和邏輯區(qū)域描述符(Logical Region Descriptors, LRDs)。PRDs是對物理內(nèi)存塊的描述，LRDs是對邏輯內(nèi)存塊的描述。
2. 頁表(Page Table)。 頁表是一個機制，將虛擬地址轉(zhuǎn)換為實際物理地址。在Linux內(nèi)核中，每個進程都有自己的頁表，頁表中包含的頁目錄嵌套(PDE)和頁表嵌套(PT)以及頁表項(PTE)。PDE由四個字節(jié)組成，而PT和PTE則由每個大小為四字節(jié)的元素組成。
3. 內(nèi)存映射文件頁表(File-Mapped Page Table, FMAPT)。 FMAPT跟蹤匿名映射或映射的文件的狀態(tài)。它們存儲了程序數(shù)據(jù)和代碼在磁盤上的映射方式以及它們在實際物理內(nèi)存中的分布情況。
3. 大頁支持
大頁支持是Linux對虛擬內(nèi)存管理的一個優(yōu)化，它允許使用大頁面減少虛擬內(nèi)存管理的開銷，從而提高系統(tǒng)的性能。大頁面由cpu直接訪問，它們的大小通常為2MB或4MB，是通常的進程頁面(大小通常為4kb)的50-1000倍。
在Linux內(nèi)核中，大頁支持是通過“huge page”(巨大頁)實現(xiàn)的。 由于頁面的大小較大，因此它們可以減少相應的內(nèi)存映射和管理開銷。此外，在采用內(nèi)存共享的環(huán)境中，大頁面可以減少內(nèi)存復制的次數(shù)。
4. 內(nèi)存壓縮
內(nèi)存壓縮是Linux內(nèi)核的存儲器管理的一個重要特性，它是Linux內(nèi)核的出色之處。內(nèi)存壓縮機制可以將系統(tǒng)內(nèi)存中的失效頁，通過一定的算法，壓縮到更小的物理頁上，從而減少物理頁的數(shù)量，提高物理內(nèi)存的可用性，改善系統(tǒng)性能。
在Linux內(nèi)核中，內(nèi)存壓縮被實現(xiàn)為一種軟件算法。它包括兩種類型的壓縮策略：前瞻式壓縮策略和反瞻式壓縮策略。前瞻式策略利用失效的頁面的歷史信息估算下一個可能失效的頁面，然后將該頁面壓縮到更少的物理頁上。反瞻式策略則利用位圖和鏈表來保存失效頁面的狀態(tài)，當它們反復失效時，它將它們壓縮到一個單一的物理頁面上。
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Linux內(nèi)核的存儲器管理是一個非常復雜的系統(tǒng)，它包含許多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。虛擬內(nèi)存管理是Linux內(nèi)核的核心特性之一，它將程序的代碼和數(shù)據(jù)存儲在磁盤上，只有當需要時，虛擬內(nèi)存系統(tǒng)才會從磁盤中讀取數(shù)據(jù)和代碼。內(nèi)存管理還包括大頁支持和內(nèi)存壓縮等特性。這些特性在提高Linux的性能方面扮演著很重要的角色。
相關問題拓展閱讀：
- Linux內(nèi)核完全剖析的目錄
Linux內(nèi)核完全剖析的目錄
序
第1章概述
1.1 Linux的誕生和發(fā)展
1.1.1 UNIX操作系統(tǒng)的誕生
1.1.2 MINIX操作系統(tǒng)
1.1.3 GNU計劃
1.1.4 POSIX標準
1.1.5 Linux操作系統(tǒng)的誕生
1.1.6 L,inux操作系統(tǒng)版本的變遷
1.1.7 Linux名稱的由來
1.1.8早期Linux系統(tǒng)開發(fā)的主要貢獻者
1.2內(nèi)容綜述
第2章微型計算機組成結(jié)構(gòu)
2.1微型計算機組成原理
2.2 I/O端口尋址和訪問控制方式
2.2.1 I/O端口和尋址
2.2.2 接口訪問控制
2.3 主存儲器、BIOS和CMOS
存儲器
2.3.1 主存儲器
2.3.2 基本輸入/輸出程序BIOS
2.3.3 CMOS存儲器
2.4 控制器和控制卡
2.4.1 中斷控制器
2.4.2 DMA控制器
2.4.3 定時/計數(shù)器
2.4.4 鍵盤控制器
2.4.5 串行控制卡
2.4.6 顯示控制
2.4.7 軟盤和硬盤控制器
第3章 內(nèi)核編程語言和環(huán)境
3.1 as86匯編器
3.1.1 as86匯編語言語法
3.1.2 as86匯編語言程序
3.1.3 as86匯編語言程序的編譯和
鏈接
3.1.4 as86和ld86使用方法和選項
3.2 GNU as匯編
3.2.1 編譯aS匯編語言程序
3.2.2 aS匯編語法
3.2.3 指令語句、操作數(shù)和尋址
3.2.4 區(qū)與重定位
3.2.5 符號
3.2.6 aS匯編命令
3.2.7 編寫16位代碼
3.2.8 aS匯編器命令行選項
3.3 C語言程序
3.3.1 C程序編譯和鏈接
3.3.2 嵌入?yún)R編
3.3.3 圓括號中的組合語句
3.3.4 寄存器變量
3.3.5 內(nèi)聯(lián)函數(shù)
3.4 C與匯編程序的相互調(diào)用
3.4.1 C函數(shù)調(diào)用機制
3.4.2在匯編程序中調(diào)用C函數(shù)
3.4.3在C程序中調(diào)用匯編函數(shù)
3.5 Linux/0.11目標文跡慎件格式
3.5.1 目標文件格式
3.5.2 Linux 0.11中的目標文件格式
3.5.3 鏈接程序輸出
3.5.4 鏈接程序預定義變量
3.5.5 System.map文件
3.6 Make程序和Makefile文件
第4章
4.1 80×86 系統(tǒng)寄存器和系統(tǒng)指令
4.1.1 標志寄存器
4.1.2 內(nèi)存管理寄存器
4.1.3 控制寄存器
4.1.4 系統(tǒng)指令
4.2.1 內(nèi)存尋址
4.2.2 地址變換
4.2.3 保護
4.3.1 段的定義
4.3.2 段描述符表
4.3.3 段選擇符冊轎
4.3.4 段描述符
4.3.5 代碼和數(shù)據(jù)段描述符類型
4.3.6 系統(tǒng)描述符類型
4.4 分頁機制
4.4.1 頁表結(jié)構(gòu)
4.4.2 頁表項格式
4.4.3 虛擬存儲
4.5 保護
4.5.1 段級保護
4.5.2 訪問數(shù)據(jù)段時的特權(quán)級檢查
4.5.3 代碼段之間轉(zhuǎn)移控制時的特權(quán)級
4.5.3 代碼段之間轉(zhuǎn)移控制時的特權(quán)級
4.5.4 頁級保護
4.5.5 組合頁級和段級保護
4.6.1 異常和中斷向量
4.6.2 中斷源和異常源
4.6.3 異常分類
4.6.4 程序或任務的重新執(zhí)行
4.6.5 開啟和禁止中斷
4.6.6 異常和中斷的優(yōu)先級
4.6.7 中斷描述符表
4.6.8 IDT描述符
4.6.9 異常與中斷處理
4.6.10 中斷處理任務
4.6.11 錯誤碼
4.7.1 任務的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)
4.7.2 任務的執(zhí)行
4.7.3 任務管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
4.7.4 任務切換
4.7.5 任務鏈
4.7.6 任務地址空間
4.8.1 進入保護模式時的初始化操作
4.8.2 模式切換
4.9.1 多任務程序結(jié)構(gòu)和工作原理
4.9.2 引導啟動程序boot.s
4.9.3 多任務內(nèi)核程序head.s
第5章
5.1 Linux內(nèi)核模式
5.2 Linux內(nèi)核系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
5.3.1 物理內(nèi)存
5.3.2 內(nèi)存地址空間概念
5.3.3 內(nèi)存分段機制
5.3.4 內(nèi)存分頁管理
5.3.5 CPU多任務和保護方式
5.3.6 虛擬地址、線性地址和物理地址
5.3.7 用戶申請內(nèi)存的動態(tài)分配
5.4.1 中斷操作原理
5.4.2 80×86微機的中斷子系統(tǒng)
5.4.3 中斷向量表
5.4.4 Linux內(nèi)核的中斷處理
5.4.5 標志寄存器的中斷標志
5.5.1 系統(tǒng)調(diào)用接口
5.5.2 系統(tǒng)調(diào)用處理過程
5.5.3 Linux系統(tǒng)調(diào)用州州肆的參數(shù)傳遞方式
5.6.1 系統(tǒng)時間
5.6.2 系統(tǒng)定時
5.7 Linux進程控制
5.7.1 任務數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）
5.7.1 任務數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）
5.7.2 進程運行狀態(tài)
5.7.3 進程初始化
5.7.4 創(chuàng)建新進程
5.7.5 進程調(diào)度
5.7.6 終止進程
5.8.1 初始化階段
5.8.2 任務的堆棧
5.8.3 任務內(nèi)核態(tài)堆棧與用戶態(tài)堆棧之
5.9 Linux 0.12采用的文件系統(tǒng)
5.10.1 內(nèi)核主目錄linux
5.10.2 引導啟動程序目錄boot
5.10.3 文件系統(tǒng)目錄fs
5.10.4 頭文件主目錄include
5.10.5 內(nèi)核初始化程序目錄init
5.10.6 內(nèi)核程序主目錄kernel
5.10.7 內(nèi)核庫函數(shù)目錄lib
5.10.8 內(nèi)存管理程序目錄mm
5.10.9 編譯內(nèi)核工具程序目錄tools
5.11 內(nèi)核系統(tǒng)與應用程序的關系
5.12.1 功能描述
5.12.2 代碼注釋
5.13 本章小結(jié)
第11章
11.1 總體功能描述
11.1.1 浮點數(shù)據(jù)類型（1）
11.1.1 浮點數(shù)據(jù)類型（2）
11.1.2 數(shù)學協(xié)處理器功能和結(jié)構(gòu)
11.2.1 功能描述
11.2.2 代碼注釋
第14章
14.1 include/目錄下的文件
14.2.1 功能描述
14.2.2 代碼注釋
14.2.3 a.out執(zhí)行文件格式
14.3 const.h文件
存儲器管理 linux內(nèi)核的介紹就聊到這里吧，感謝你花時間閱讀本站內(nèi)容，更多關于存儲器管理 linux內(nèi)核,探析Linux內(nèi)核的存儲器管理,Linux內(nèi)核完全剖析的目錄的信息別忘了在本站進行查找喔。
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