1． 内存管理
1． 综述
为了与intel 8086 实地址（real mode）操作兼容，继续保持段地址模式。段地址模式中使用几个关键的段寄存器，如：CS, DS, SS, ES, 在80386模式下增加了FS, GS。这些段寄存器在保护模式下作用与实模式下根本不同，在保护模式下是作为GDT（全局描述苻表）的下表，在保护模式下，段描述保存在描述府表中，起地址保存在CPU的GDTR寄存器中，这个在内核初始化中被确定。段与内存描述府PID中的域MM对应，在80386中内存寻址通过两重映射定义，一重是段映射，从逻辑地址到线性地址，另一重是页映射，从线性地址到物理地址。这两重映射都由CPU内的硬件电路完成，速度非常快。这两重映射提供了近视相同内存保护功能，Linux更多使用的是页映射。应为：物理内存的管理以页为单位（页大小是4K或者是4M），页能提高内存的使用效率，页大小固定，是磁盘块大小的整数倍，有利于解决虚拟内存的问题，另外其他种类的CPU对段支持不是很好，像PowerPC, RISC类的。Linux内存管理提供了两种内存的管理，一种是物理内存的管理，管理对象是物理地址，另外一种是虚拟内存的管理（进程内存的管理），管理对象是线性地址，针对的是进程。
段管理
段在Linux没有广泛应用，从Linux进程的创建过程中看，实际上所有的进程使用的可以分为两类，一类是内核进程，另外一类是用户进程。两类进程被严格区分，以起到保护的作用。两类进程的线性空间也严格区分，线性地址空间分别是4G和3G。在Linux初始化中，就出现了几个段描述府，分别是KERNEL__CODE,KERNEL__DATA。段管理是得到进程的线性地址空间，这个空间对于大部分的进程都是一致的，就是4G，内核也没有太多的数据结构和算法来处理，唯一要理解的就是GDT，这个表的作用以及它在进程运行过程中的作用。
辰南 于 2014-02-24 13:25:39发表:
新手来了，过来瞧瞧，多多指教。
jwhdu 于 2014-02-22 18:11:23发表:
新手来了，过来瞧瞧，多多指教。
keepshy 于 2014-02-20 10:16:29发表:
很受用，谢谢楼主分享
xinyun123789 于 2014-02-09 14:44:14发表:
学习了，谢谢！！！
linanxyq 于 2006-09-25 22:10:22发表:
iLove.Rain 于 2006-09-25 20:05:43发表:
了解，谢谢介绍
童勋 于 2006-09-25 10:39:09发表:
进程虚拟空间管理(线性地址空间的管理)
所有进程都不会直接操作物理地址，这是保护模式和实模式方式的最大区别，因此这也提供了更好的内核保护。但这样的做法是有代价的，一个是硬件上的，CPU增加了复杂度，外是必须在物理内存中使用一些块，来完成地址的映射。另外是软件上的，必须有一定的数据结构来管理如此大的空间（4G）。线性地址空间的管理是为了得到进程的物理内存空间，从线性到物理的映射对于运行的进程来说是完全透明的，进程只管理线性空间的分配，因此在进程中，malloc类的函数它们分配都是线性空间，就是在目录表中找到空缺的项，填入这个线性空间，为管理做准备，malloc不管物理内存的映射，这个由缺页中断完成，这个中断是内核中非常重要的中断，它处理分配实际物理内存的工作，这个工作的意外情况多，并且和物理内存管理相联系。Linux采用了三级映射，实际上在32位CPU中两级映射就够了，但为了照顾到64位的CPU（Linux能在64位的CPU上运行），所以中间一级在32位的CPU中是空的，就直接映射到第三级中去了。在虚拟空间管理中要注意一些问题，一个是页表的管理，这个应该是每一个进程有一个具体的页表，页表占用的内存也是挺大的，想象一下如果真得把4G的空间都使用了，一个页表是4字节，一个页表是4K，那么所有这些页表占用了4M的空间。另外就是所有的进程都是一样的虚拟空间，都是从0开始，到4G，所以在进程切换的过程中有一个必不可少的过程就是CR3的内容切换，这个寄存器保存这页表的起始地址。为了管理页表，在进程内存管理中，引入了AVL数来管理虚拟内存块，这里就涉及到AVL插入，删除，旋转，合并等复杂的操作，目的就为了一个加快查找的速度。这个可以说是内存中比较复杂的算法和数据结构了。
物理内存的管理
物理内存的管理，Linux参照了《Unix操作系统的设计》这本书和SUN操作系统的slab算法。具体位对物理内存块采用了伙伴算法，对于slab算法目前没有细看，但算法很复杂。
Linux的内存管理分为三个模块，每一个模块都有具体的功能和接口。上述中没有设计到的是cache的管理和swapd的管理，前者是完全硬件实现，对于操作系统也是透明的，后者涉及到文件系统的管理。