linux内核内存管理

第三章 存储管理

存储管理子系统时操作系统中最重要的组成部分之一。在早期计算时代，由于人们所需要的内存数目远远大于物理内存，人们设计出了各种各样的策略来解决此问题，其中最成功的是虚拟内存技术。它使得系统中为有限物理内存竞争的进程所需内存空间得到满足。

虚拟内存技术不仅仅可让我们可以使用更多的内存，它还提供了以下功能： 巨大的寻址空间

操作系统让系统看上去有比实际内存大得多的内存空间。虚拟内存可以是系统中实际物理空间的许多倍。每个进程运行在其独立的虚拟地址空间中。这些虚拟空间相互之间都完全隔离开来，所以进程间不会互相影响。同时，硬件虚拟内存机构可以将内存的某些区域设置成不可写。这样可以保护代码与数据不会受恶意程序的干扰。 内存映射

内存映射技术可以将映象文件和数据文件直接映射到进程的地址空间。在内存映射中，文件的内容被直接连接到进程虚拟地址空间上。 公平的物理内存分配

内存管理子系统允许系统中每个运行的进程公平地共享系统中的物理内存。 共享虚拟内存

尽管虚拟内存允许进程有其独立的虚拟地址空间，但有时也需要在进程之间共享内存。 例如有可能系统中有几个进程同时运行BASH命令外壳程序。为了避免在每个进程的虚拟内存空间内都存在BAS

13. 内存管理

13.1. 引言

Linux对物理内存的描述机制有两种：UMA和NUMA。Linux把物理内存划分为三个层次来管理：存储节点（Node）、管理区（Zone）和页面 （Page）。UMA对应一致存储结构，它只需要一个Node就可以描述当前系统中的物理内存，但是NUMA的出现打破了这种平静，此时需要多个 Node，它们被统一定义为一个名为discontig_node_data的数组。为了和UMA兼容，就将描述UMA存储结构的描述符 contig_page_data放到该数组的第一个元素中。内核配置选项

CONFIG_NUMA决定了当前系统是否支持NUMA机制。此时无论UMA还 是NUMA，它们都是对应到一个类型为pg_data_t的数组中，便于统一管理。 图 71. Node Zone和Page的关系

上图描述Linux管理物理内存的三个层次之间的拓扑关系。从图中可以看出一个存储节点由pg_data_t描述，一个UMA系统中只有一个Node，而 在NUMA中则可以存在多个Node。它由CONFIG_NODES_SHIFT配置选项决定，它是CONFIG_NUMA的子选项，所以只有配置了 CONFIG_NUMA，该选项才起作用。UMA

一． 引言

浅谈Linux内存管理

KiTann

2010-7-16

首先以应用程序开发者的角度审视Linux的进程内存管理,在吃基础上逐步深入到内核中讨论系统物理内存管理和内核内存的使用方法。

二． 基本知识

首先简单的介绍下理解linux内核编程的一些基本知识，当然也可以跳过这一节，你自

认为都比较熟悉的。 (1) AT&T 汇编

1. 基本语法

1) 赋值方向：movl ?x,êx ---- 方向从左到右。这个是与INTEL汇编醉

倒的区别。

2) 指令前缀：movl $1,êx ---- $立即数前需要加前缀”$”.

Rep Scasb

--- rep 表示重复执行下一条指令。

3) 简介寻址：instr %segreg:disp(base,index,scale),foo

表示Segreg:[base+index*scale+disp]

4) 指令后缀：movw, movb,movl 表示赋值的长度。

2. 内嵌汇编

1) 简介：_asm_ _volatitle_(“hlt”);

“_asm_”: 表示后面的代码为内嵌汇编

“_volatitle_”: 表示编译器不要优化代码，后面的指令保留原样。 请参

最近看了很多关于内存管理的资料，总结异同，记录下近期学习的心得，以后，可能没这么多时间

写心得了。 1 基本概念 1.1物理内存

在Linux0.11内核中，为了有效的使用机器中的物理内存，在系统初始化阶段内存被划分成为几个功

能区域，如下图：

其中，Linux内核程序占据在物理内存的开始部分，接下来是供硬盘或软盘等块设备使用的高速缓冲部分（其中要扣除显卡内存和ROM BIOS所占用的内存地址范围640K—1MB）。当一个进程需要读取块设备中的数据时，系统会首先把数据读到高速缓冲区中；当有数据需要用到块设备上去时，系统也是先将数据放到高速缓冲区中，然后由块设备驱动程序写到相应的设备上。内存的最后部分是供所以程序可以随时申请和使用的主内存区。内核程序在使用主内存区是，也同样首先要向内核内存管理模块提出申请，并在申请成功后方能使用。对于含有RAM虚拟盘的系统，主内存区头部还要划去一部分，供虚拟盘存放数

据。 1.2内存寻址

内存是指一组有序字节组成的数组，每个字节有唯一的内存地址。 内存地址则是指对存储在内存中的某个指定数据对象的地址进行定位。 数据对象是指存储在内存中的一个指定数据类型的数值或字符串。

80X86支持多种数据类型：1字节、2字节（1个

实验五 内存管理实验

1. 目的要求

（1） 学习使用内存管理库函数。 （2） 学习分析、改正内存错误。

2. 实验内容

（1） 内存库函数实验 ?

malloc函数

原型：extern void *malloc(unsigned int num_bytes); 头文件：#include

功能：分配长度为num_bytes字节的内存块。

说明：如果分配成功则返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针NULL。当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。 举例：运行程序清单5-1，写明运行结果： _

?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ calloc函数

原型：extern void *calloc(int num_elems, int elem_size); 头文件：#include

功能：为具有num_elems个长度为elem_size元素的数组分

Linux 内核解析

I Bootstrap

1 汇编代码分析

2 start_kernel函数

3 准备进入用户态 3.1 Initrd初始化

3.1.0 准备知识

在讲述如何释放initrd到rootfs之前，有比较讲述一下什么是rootfs，rootfs的初始化相关的函数；以及rootfs的初始化函数是如何被调用的。

这里所说的rootfs指的是VFS的根节点/，以及在内存中创建的根目录/下的文件和目录节点，这个文件系统仅仅存在于内存之中，由内核初始化的时候负责创建，该文件系统不会存储到其它非易失性介质上。该rootfs文件系统mnt_init函数调用init_rootfs和init_mount_tree两个函数来负责创建和初始化： void __init mnt_init(void) { ...... //这个函数很简单，就是注册了rootfs 的文件系统。 init_rootfs(); //在这里，将rootfs 文件系统挂载，它的挂载点默认为”/”。 //最后切换进程的根目录和当前目录为”/”，这也就是根目录的由来。 //不过这里只是初始化，等挂载完具体的文件系统之后， //一般都会将根目录切换到具体的文件系统，所以在系统

本章将为大家介绍内核中存在的各种任务调度机理以及它们之间的逻辑关系（这里将覆盖进程调度、推后执行、中断等概念、），在此基础上向大家解释内核中需要同步保护的根本原因和保护方法。最后提供一个内核共享链表同步访问的例子，帮助大家理解内核编程中的同步问题。

内核任务调度与同步关系引言

对于从事应用程序开发的朋友来说，用户空间的任务调度与同步之间的关系相对简单，无需过多考虑需要同步的原因。这一是因为在用户空间中各个进程都拥有独立的运行空间，进程内部的数据对外不可见，所以在各个进程即使并发执行也不会产生对数据访问的竞争。第二是因为用户空间与内核空间独立，所以用户进程不会与内核任务交错执行，因此用户进程不存在与内核任务并发的可能。以上两个原因使得用户同步仅仅需要在进程间通讯和多线程编程时需要考虑。

但是在内核空间中情况要复杂的多，需要考虑同步的原因大大增加了。这是因为内核空间中的共享数据对内核中的所有任务可见，所以当在内核中访问数据时，就必须考虑是否会有其他内核任务并发访问的可能、是否会产生竞争条件、是否需要对数据同步。而内核并发的“罪魁祸首”便是内核中复杂多变的任务调度——这里的任务调度包含所有可能引起内核任务更换的情况。

并发，竞争和同步的概念

实验五 内存管理实验

1. 目的要求

（1） 学习使用内存管理库函数。 （2） 学习分析、改正内存错误。

2. 实验内容

（1） 内存库函数实验 ?

malloc函数

原型：extern void *malloc(unsigned int num_bytes); 头文件：#include

功能：分配长度为num_bytes字节的内存块。

说明：如果分配成功则返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针NULL。当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。 举例：运行程序清单5-1，写明运行结果： _

?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ calloc函数

原型：extern void *calloc(int num_elems, int elem_size); 头文件：#include

功能：为具有num_elems个长度为elem_size元素的数组分

实验五 内存管理实验

1. 目的要求

（1） 学习使用内存管理库函数。 （2） 学习分析、改正内存错误。

2. 实验内容

（1） 内存库函数实验 ?

malloc函数

原型：extern void *malloc(unsigned int num_bytes); 头文件：#include

功能：分配长度为num_bytes字节的内存块。

说明：如果分配成功则返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针NULL。当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。 举例：运行程序清单5-1，写明运行结果： _

?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ calloc函数

原型：extern void *calloc(int num_elems, int elem_size); 头文件：#include

功能：为具有num_elems个长度为elem_size元素的数组分

如风笔记 – 站在众人的肩上 Share what I know with you.

Linux Interrupt Management

如风(changbin.du@gmail.com)

Rev 0.1

2013

Linux Interrupt Management January 1, 2013

Table of Contents

1

硬中断 ............................................................................................................................. 4

1.1 Overview .................................................................................................................................. 4

1.2 1.3 1.3.1

异常和中断处理程序标准结构 ..................................................