Linux学习笔记零零三

存储管理

 

MMU与内核内存管理的关系

 

从线性地址到物理地址的映射，通过页目录表和页表来实现的。

 

内核为存储管理维护了一套复杂的数据结构，页目录表和页表是主要的结构之一。这些表也是存储在物理内存页面中的，因此，也是以4K为单位。

表中的每个表项都记录了一个32位的地址，为4个字节，因此，一个表中最多可以有1K项，这也是线性地址划分的依据。

 

32位的线性地址划分为3部分。最高10位代表页目录表的索引。紧接着的10位对应页表的索引。最后12位对应页内的偏移地址。

 

MMU与内核内存管理的分工和协作：

MMU从硬件上实现虚拟地址到物理地址的映射。内核的内存管理实现对一系列数据结构的维护和管理。

 

在系统启动时，内核为每一个4K的物理内存页面维持一个叫page的数据结构，这个数据结构是每一个物理内存页面的ID。内核维持了一个叫Mem_page的结构体数组，记录了所有的page。并引入了管理区的概念，对DMA、高地址区和正常区进行了分类。

 

在启动进程时，内核为进程的用户空间做了初始化，这些初始化工作包括堆栈区、静态数据区、全局数据区、代码区。并初始化了一套结构来维持这些状态，通过划分虚拟区间来记录。

 

此外，内核还构建了页目录表、页表等结构，并将页目录表的地址放入特定的寄存器。

 

当内核初始化完毕后，开始执行用户进程的代码，MMU开始地址转换，MMU从特定的寄存器中取出页目录表的地址，根据线性地址，查询页目录表和页表，最终访问page结构。如果页目录表和页表中没有对应的表项，就说明没有映射好。如果页内存结构page中的标识位表示它不在内存中，就需要将对应的物理页面导入物理内存页面。这两种情况是如何处理的呢？通过异常。

当出现以上两种情况时，MMU会发出page fault异常，由内核的对应的异常处理程序来处理。

 

在异常处理程序中，该映射的映射，该导入内存的导入内存，处理完后，MMU就可以继续地址转换了。

 

内核还要响应用户进程中的系统调用，比如分配堆空间，比如写文件，进行IO操作。在这些过程中，内核需要对相应的结构体进行修改，或者操作物理页面。

 

主要的结构体联系图：

task_struct----->mm_struct---->vm_area_struct

                               |---->pgd---->pte