Linux 0.11 源码阅读笔记-内存的基础概念

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如题.

总览

Linux 内存的基础概念

内存条的分配

Linux0.11 对物理内存条的分配
memory

  • 内核模块, Linux Kernel的代码
  • 高速缓冲 Buffer, 缓存内核对硬盘的读写操作. 仅部分内核函数可用
  • 主内存 Memory, 应用程序可用的内存区. 虚拟内存也是针对这一块区域而言的.

内存的几个概念

  • Virtual Memory
    linux 0.11内核中, 每个程序都划分了总容量为64Mb的虚拟内存空间
  • Logical Address
    程序在虚拟内存空间的偏移量就是逻辑地址, 范围是0x0000000-0x4000000
  • Linear Address
    在内存分段机制中, 把相应的段基址加上逻辑地址就是线性地址. 若没有开启分页功能, 直接就是物理地址.
    分段机制虽然保证了程序内存的相互隔离, 但是对内存的使用效率是非常低的!
    80x86 实时模式下, 寻址采用的是段和偏移值. 无分页机制.
    80x86 保护模式下, 会启用分页机制, 需要使用描述表(Descriptor Table)
  • Physical Address
    真正的内存物理地址, 从逻辑地址到物理地址, 需要经过分段和分页两次转换.
  • 分段机制
    • 相关概念有, GDT(全局描述符表), LDT(局部描述符表)
    • Linux基本忽略了分段机制, 通过”欺骗”, 使得逻辑地址与线性地址是一致的! (用GDT, 基地址为0)
  • 分页机制
    • 相关概念有 Page Directory(页目录), Page Table(页表)
    • 新版的linux, 为了提高兼容性, 直接采用了4级分页机制:
    • 页全局目录, Page Global Directory, 对应80x86的 Page Directory
    • 页上级目录, Page Upper Directory, 长度设为0即可
    • 页中间目录, Page Middle Directory, 长度设为0即可
    • 页表, Page Table, 对应80x86的 Page Table
  • 任务状态段
    • TSS (Task State Segment)
    • TSS包含了所有硬件切换任务时, 需要保存的寄存器信息.
    • TSS存放于GDT内

内存地址的转换

从逻辑地址变换为物理地址的过程
address-convert

从逻辑地址变化为物理地址的框图
address-convert-detail

逻辑地址转换为线性地址的过程
logical2linear

线性地址(页目录项, 页表项)在内存中位置
linear2physical

页目录(Page Directory), 页表(Page Table)和物理内存的关系图
address-pdpt

进程代码和数据在其逻辑地址空间中的分布 (在物理地址中的分布是随机)
code-address

linux 使用描述符表的示意图
gdt-ldt-memory

任务1在三种地址空间中的关系
address-relationship

80x86 多任务

  • Intel 80x86分为4个保护级别, Linux 0.11只使用了0和3两个保护级别.
  • 0为最高优先级, 对应于Linux内核态
  • 3为最低优先级, 对应于Linux用户态
  • 这样划分主要是为了安全考虑进行的系统级别的隔离.
  • 用户态无权直接使用硬件资源, 必须通过调用内核函数.
  • 多任务间, 内存是完全隔离的, 因此任务之间不会相互影响.

linux 的多任务及保护方式
mulit-process

linux 任务切换操作示意图
switch-process

参考

原创于 DRA&PHO