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Linux操作系统原理与应用 操作系统是其它所有用户程序运行的基础。 第四章 内存管理 Linux的内存管理 虚拟内存的基本思想：在计算机中运行的程序，其代码、数据和堆栈的总量可以超过实际内存的大小，操作系统只将当前使用的程序块保留在内存中，其余的程序块则保留在磁盘上。必要时，操作系统负责在磁盘和内存之间交换程序块。 虚拟内存－共4G字节，分为内核空间（最高的1G字节）和用户空间（较低的3G字节）两部分，每个进程最大拥有3G字节私有虚存空间 地址转换－通过页表把虚存空间的一个地址转换为物理空间中的实际地址。 内核空间由所有进程共享，其中存放的是内核代码和数据，即“内核映象” 进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据 内核空间映射到物理内存总是从最低地址（0开始，使之在内核空间与物理内存之间建立简单的线性映射关系。 Linux虚拟内存的实现需要多种机制的支持 地址映射机制 请页机制 内存分配和回收机制 交换机制 缓存和刷新机制 每个进程经编译、链接后形成的二进制映像文件有一个代码段和数据段 进程运行时须有独占的堆栈空间 Linux把进程的用户空间划分为一个个区间，便于管理 一个进程的用户地址空间主要由mm_struct结构和vm_area_structs结构来描述。 mm_struct结构它对进程整个用户空间进行描述 vm_area_structs结构对用户空间中各个区间(简称虚存区)进行描述 struct mm_struct { atomic_t count; pgd_t * pgd; int map_count; struct semaphore mmap_sem; unsigned long start_code,end_code,start_data,end_data; unsigned long start_brk, brk, start_stack; unsigned long arg_start, arg_end, env_start, env_end; unsigned long rss, total_vm, locked_vm; unsigned long def_flags; struct vm_area_struct *mmap, *mmap_avl, *mmap_cache; unsigned long swap_cnt; unsigned long swap_address; }; struct vm_area_struct { struct mm_struct * vm_mm; unsigned long vm_start; unsigned long vm_end; pgprot_t vm_page_prot; unsigned short vm_flags; struct vm_area_struct *vm_next; short vm_avl_height; struct vm_area_struct *vm_avl_left, *vm_avl_right; struct vm_operations_struct * vm_ops; struct vm_area_struct *vm_next_share, **vm_pprev_share; unsigned long vm_offset; struct file * vm_file; unsigned long vm_pte; }; 进程控制块是内核中的核心数据结构。 在进程的 task_struct 结构中包含一个mm域，它是指向 mm_struct 结构的指针。 而进程的 mm_struct结构则包含进程的可执行映像信息以及进程的页目录指针pgd等。 该结构还包含有指向 vm_area_struct 结构的几个指针，每个 vm_area_struct 代表进程的一个虚拟地址区间。 fork()系统调用在创建新进程时也为该进程创建完整的用户空间 具体而言，是通过拷贝或共享父进程的用户空间来实现的，即内核调用copy_mm( )函数，为新进程建立所有页表和mm_struct结构 Linux利用“写时复制”技术来快速创建进程 执行一个进程时，其可执行映像必须装入进程的用户地址空间 虚存映射：即把文件从磁盘映射到进程的用户空间，对文件的访问转化为对虚存区的访问 有共享的、私有