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這個(gè)內存管理的知識點(diǎn)還真的需要我們專(zhuān)門(mén)的去理解一下，今天大家一起來(lái)學(xué)習學(xué)習嵌入式Linux內存管理的知識。 1.不涉及l(fā)inux內核的匯編知識，僅C語(yǔ)言層面解析 1.回答：匯編主要處理的是寄存器地址(包括內容)的計算，進(jìn)行一部分的地址轉換工作(當然，它是重要的);C語(yǔ)言處理了極大部分的系統內存管理工作。 2.虛擬地址、線(xiàn)性地址、物理地址三者映射關(guān)系 回答： 1.虛擬地址：程序員(在縮小范圍估計是：應用程序員)直接看到的 2.線(xiàn)性地址：操作系統控制 3.物理地址：CPU內存地址(或者外部?jì)却? 3.總結一點(diǎn)：虛擬地址通過(guò)段管理機制首先變換成一種中間地址形式--cpu32位的線(xiàn)性地址，然后使用分頁(yè)管理機制將此地址映射到物理地址。 例子解析： 一個(gè)變量定義在一個(gè)進(jìn)程里面，在程序中使用&操作符獲取的地址(估計是偏移地址)，將怎么映射呢?(或者它是什么地址，在進(jìn)程中的位置如何) 1. 回答：因為，程序使用的都是虛擬地址，所以程序員拿到的變量地址是虛擬地址(它是經(jīng)過(guò)編譯器處理過(guò)的，并由系統指映射線(xiàn)性地址，分配物理內存的)。 2. 同時(shí)，一個(gè)變量的地址(虛擬地址)是不會(huì )改變的(只要程序代碼不改變，或者不在編譯)，但是，改變運行(不同的時(shí)間，相隔一段時(shí)間在運行的話(huà))，物理地址是會(huì )改變的。正是因為操作系統的內存管理作用(線(xiàn)性地址映射到物理地址，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程)。 malloc函數從調用、分配到返回的過(guò)程是? 1. 回答：函數調用系統函數，系統函數進(jìn)入了內核態(tài)，引起中斷(或其他，異常處理等工作)，操作系統得知需要額外的增長(cháng)空間以提供使用，所以使用分頁(yè)機制來(lái)映射到可以使用的物理地址(沒(méi)有有用數據，或不被映射)，從而使得虛擬地址有了真實(shí)的物理地址映射管理，可以正常使用了。 2. malloc實(shí)際上，并不是用戶(hù)調用malloc后馬上對物理地址與虛擬地址之間進(jìn)行映射，只有在用戶(hù)對申請的內存空間進(jìn)行讀寫(xiě)異常操作才會(huì )發(fā)生映射。(具體看《注釋》的13.1.6需求加載機制)，總結一句：在實(shí)際需要時(shí)才加載執行文件中頁(yè)面的方式。 頁(yè)表和頁(yè)目錄表存放位置(所處的系統空間)是? 1. 回答：系統初始化過(guò)程中，主動(dòng)往物理內存填寫(xiě)頁(yè)表信息。這就是我們操作系統需要做的事情，填寫(xiě)和修改表的程序代碼的編寫(xiě)。 線(xiàn)性地址轉物理地址是誰(shuí)來(lái)做呢? 1. 回答：設置好頁(yè)表信息后，CPU每次訪(fǎng)問(wèn)內存都通過(guò)MMU來(lái)查表并轉換出物理地址。是硬件自動(dòng)操作。 所謂的內存(物理內存，或物理地址，或物理空間)是指? 1. 回答：就是內存，RAM(rw)，而磁盤(pán)(或者是其他的硬盤(pán)性質(zhì)的存儲介質(zhì))是作為程序或數據存儲的空間，它并不參與到與CPU的指令(數據)傳輸，而是先將它自己的數據放到內存(也就是RAM，物理內存里面)，再由內存和CPU之間處理。 只是作為一個(gè)例子，讓我們假定您的程序正在訪(fǎng)問(wèn)地址為 629 的內存。不過(guò)，虛擬內存系統不需要將其存儲在位置為 629 的 RAM 中。實(shí)際上，它甚至可以不在 RAM 中 —— 如果物理 RAM 已經(jīng)滿(mǎn)了，它甚至可能已經(jīng)被轉移到硬盤(pán)上!由于這類(lèi)地址不必反映內存所在的物理位置，所以它們被稱(chēng)為虛擬內存。操作系統維持著(zhù)一個(gè)虛擬地址到物理地址的轉換的表，以便計算機硬件可以正確地響應地址請求。嵌入式物聯(lián)網(wǎng)等系統學(xué)習請加企鵝意義氣嗚嗚吧久零就易，并且，如果地址在硬盤(pán)上而不是在RAM 中，那么操作系統將暫時(shí)停止您的進(jìn)程，將其他內存轉存到硬盤(pán)中，從硬盤(pán)上加載被請求的內存， 然后再重新啟動(dòng)您的進(jìn)程。這樣，每個(gè)進(jìn)程都獲得了自己可以使用的地址空間，可以訪(fǎng)問(wèn)比您物理上安裝的內存更多的內存。 一個(gè)進(jìn)程被創(chuàng )建，linux系統肯定是分配給他一個(gè)0的虛擬地址? 回答：對的，每個(gè)進(jìn)程空間的0x00虛擬地址開(kāi)始的線(xiàn)性區都會(huì )被映射到一個(gè)用戶(hù)態(tài)沒(méi)有權限訪(fǎng)問(wèn)的頁(yè)上，通過(guò)這樣的映射，內核可以保證沒(méi)有別的頁(yè)會(huì )映射到這個(gè)區域。 如同IBM：內存管理的內幕提及到的，malloc內部的系統調用函數，也就是實(shí)現malloc的內部算法 1. 在mallo從內部使用映射函數(系統調用)，brk()和mmap()：鏈接1 為什么進(jìn)程創(chuàng )建后，子進(jìn)程會(huì )繼承父進(jìn)程的一部分信息呢? 1. 回答：子進(jìn)程實(shí)際上的父進(jìn)程的一個(gè)拷貝，共同擁有相同的物理頁(yè)面，為了節約空間，子進(jìn)程以只讀方式共享父進(jìn)程的物理頁(yè)面(同時(shí)父進(jìn)程也把它自己設置為只讀方式)，任意一方進(jìn)行寫(xiě)操作，就會(huì )出現異常(之后就是內核處理異常)�？偨Y一句：這樣可以避免不必要的內存頁(yè)面復制的開(kāi)銷(xiāo)。 對CPU的內存管理(MMU)和linux系統的內存管理兩者的理解： 上面的一段話(huà)，其實(shí)是告訴我們：在CPU提供MMU的情況下(也就是分段、分頁(yè)機制)，首先是分段機制做第一步的虛擬地址到線(xiàn)性地址轉換，然后由操作系統實(shí)現(這就是意味著(zhù)linux系統會(huì )有大量的內存管理代碼的實(shí)現方法)分頁(yè)機制(同時(shí)選擇CPU某一引腳來(lái)決定是否采用分頁(yè)機制)，直到進(jìn)程的虛擬地址映射到可用的物理地址上面。 這意味著(zhù)，從虛擬地址到物理地址的轉換情況如下： 至于虛擬內存的哪個(gè)頁(yè)面映射到物理內存的哪個(gè)頁(yè)幀，這是通過(guò)頁(yè)表(Page Table)來(lái)描述的，頁(yè)表保存在物理內存中，MMU會(huì )查找頁(yè)表來(lái)確定一個(gè)虛擬地址應該映射到什么物理地址�？偨Y一下這個(gè)過(guò)程： 1. 在操作系統初始化或者分配、釋放內存時(shí)，會(huì )執行一些指令在物理內存中填寫(xiě)頁(yè)表，然后用指令設置MMU，告訴MMU頁(yè)表在物理內存中的什么位置。 2. 設置好之后， CPU每次執行訪(fǎng)問(wèn)內存的指令都會(huì )自動(dòng)引發(fā)MMU做查表和地址轉換的操作，地址轉換操作完全由硬件完成，不需要用指令控制MMU去做。 MMU除了提供地址轉換機制之外，還提供內存保護機制，解析如下： 1. 用戶(hù)模式和特權(也就是內核)模式的區分 2. 設置每個(gè)內存頁(yè)面的訪(fǎng)問(wèn)權限(讀、寫(xiě)、執行) 1. 注意：物理內存本身是不限制訪(fǎng)問(wèn)的，正是MMU的內存保護機制的作用 具體的處理過(guò)程如下： 這樣設定好之后，當CPU要訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)VA時(shí)， MMU會(huì )檢查CPU當前處于用戶(hù)模式還是特權模式，訪(fǎng)問(wèn)內存的目的是讀數據、寫(xiě)數據還是取指令，如果和操作系統設定的頁(yè)面權限相符，就允許訪(fǎng)問(wèn)，把它轉換成PA，否則不允許訪(fǎng)問(wèn)，產(chǎn)生一個(gè)異常(Exception)。 宋工企鵝號：35--24-65--90-88 Tel/WX：173--17--95--19--08 以下課程可免費試聽(tīng)C語(yǔ)言、電子、PCB、STM32、Linux、FPGA、JAVA、安卓等。 想學(xué)習的你和我聯(lián)系預約就可以免費聽(tīng)課了 |
