ch4-4.6-x86存储机制-4.7Linux虚存.ppt

1、4.6英特尔x86系列CPU是英特尔x86段和分页存储结构，包括物理地址模式、保护模式、虚拟8086模式英特尔x86的虚拟存储管理核心表：LDT和GDT段寄存器，以及虚拟地址、虚拟地址大小和虚拟地址空间，共16K个存储段。其中，GDT映射的一半(8192个)全局虚拟地址、LDT映射的另一半(8192个)本地虚拟地址，以及在发生进程切换时使用正在运行的进程的LDT更新LDT，GDT保持不变。每个段的偏移为32位，即4GB，因此整个虚拟地址=16K4GB=64TB。分段页面地址转换过程，4.7 Linux虚拟存储管理，4.7.1 Linux虚拟存储管理概述在Linux上，该过程可以访问4GB虚拟地

2、址空间。其中0-3 GB是用户进程独占的，可以直接访问。3GB到4GB是所有核心状态进程共享并存储系统代码和数据的内核空间。流程有一个页面大小的页面目录，页面目录中的起始地址存储在流程mm_struct结构中，工作时会牙齿加载寄存器CR3。页面目录项目以4个位元组储存页面表格的起始位址，总计为1024个项目。每个页面表格也存储为一页。每个项目为4个位元组，共1024个项目，储存页面方块基本位址。分页表项的格式，0位表示页面不是主页/无；如果位置为1，则可以读取页面；否则为只读。2位是选择用户级访问许可证/内核级访问许可证。3位表示位置使用“直接写入”。否则，这是回写缓存。如果4位是位置，则禁用

3、缓存。位置5表示页面最近访问过。6位表示自上次清除页面以来页面内容发生了变化。7位是页面大小。8位是全局页面。12到31位是帧的默认地址。4.7.2存储管理数据结构，1物理主内存数据结构物理主存储分三个阶段进行管理。1)存储节点2)管理区域3)页面框，1)页面框管理，物理主内存分为与页面长度相同的页面框，系统中的所有页面框由mem _ mem管理，Mem_map本身是mem_map_t的数组，每个mem_map整个数组表示系统中的所有页面框，数组下标是用于管理页面框的物理页面框的序列号。mem _ map _ t，typedef struct page/* page数据结构*/struct l

4、ist _ head list；/*list_head是连接page */structpage * next _ hash的通用双向链队列结构。/* page cache的哈希表中的后续指针*/atomic _ tcount；/*访问牙齿页面框的进程数*/unsigned long flags；/*标志位*/unsigned dirty；/*修改徽标*/struct list _ headlru；/*替换页面链表或活动链表*/unsigned long age；/*页面年龄，越小*/unsigned long map _ NR；Mem_map表格中的/*框架下标*/struct page *

5、* pprev _ hash；/*page cache的哈希表中的向前指针*/struct buffer _ hash * buffers；/*如果牙齿页面框用作缓冲区，则缓冲区地址*/struct inode * inode；/*方块主储存代码或资料所属档案的索引节点*/unsigned long offset；/*方块主封存代码或资料所属档案的变位*/struct zone _ struct zone；/*具有帧的管理区域*/mem _ map _ t；2)管理区域管理，主内存分为ZONE_DMA(专用于DMA)三个区域。ZONE_NORMAL区段，常用；ZONE_HIGHMEM区段，核心

6、无法直接对映区段。ZONE_DMA设置是保证磁盘I/O所需的连续物理页框，ZONE_NORMAL中的页框用作常规主内存分配。，管理区域数据结构zone_struct，包含空闲区域队列集，typedef struct free _ area _ struct/*空闲区域队列头结构*/struct list _ headfree /*位映射表*/free _ area _ t；zone_struct说明：typedef struct zone _ struct s pin lock _ t lock；/*自旋锁，保证对分区的互斥访问*/unsigned zone offset；/*offset表示

7、mem_map中分区的起始页帧编号*/unsigned long free _ pages；/*区域中的空闲页面框数*/unsigned long pages_min、pages_low、pages _ high/*该区域的最小、子和最大页面帧数说明*/free _ area _ t free _ areamax _ order；/*合作伙伴系统中的空闲页面框链接列表数组*/struct pg list _ data * zone _ pg dat；/*包含相应区域的存储节点pg list _ data */struct page * zone _ mem _ map；/*牙齿区主内存映射表*

8、/unsigned long zone _ start _ paddr；/*区域起始物理地址*/unsigned long zone _ start _ mapnr；/* mem_map中的下标*/unsigned long size；/*管理区域物理主内存大小*/char * name；/*管理区域名称*/zone _ t；存储节点管理数据结构，typedef struct pglist_data /*存储节点结构*/zone _ t node _ ZONES max _ NR _ ZONES；/*该节点的管理区域数组*/zone list _ t node _ zonelistsnr _

9、GFP index；Struct page * node _ mem _ _ map/*存储节点的默认存储映射表*/int NR _ zones；/*存储节点上的管理区域数*/unsigned long * valid _ addr _ bitmap；/*位图表示的有效地址*/struct boot mem _ data * bdata；/*存储位图的数据结构*/unsigned long node _ start _ paddr；/*存储节点起始物理地址*/unsigned long node _ start _ mapnr；/* mem_map中的下标*/unsigned long nod

10、e _ size；/*存储节点物理主内存大小*/int node _ id；/*存储节点标识符*/struct pg list _ data * node _ next；/*以下存储节点指针*/pg _ data _ t；2虚拟主记忆体管理，1)虚拟内存区域vm_area_struct内核将进程的每个虚拟内存区域作为单独的主内存对象进行管理。每个虚拟内存区域都具有一致的属性(如访问权限)，使用虚拟内存区域虚拟内存区域(vma)，2)默认内存描述符mm_struct，进程具有mm_struct结构，进程的task_struct结构中指针mm牙齿进程的mmMmap_avl是用于创建虚拟存储结构的a

11、vl树。Mmap_cache用于指向最近使用的虚拟区域结构。因为程序具有本地性，所以很可能是下一次使用的时间间隔，以提高效率。指针PGD指向进程的分页表目录，在调度进程时，该目录将转换为实际地址并写入控制寄存器CR3。流程虚拟库存管理数据结构、4.7.3主内存帧调度、主内存帧调度有两个茄子任务。一个是帧分配、使用和循环使用。第二，磁盘更换区域管理。不是所有主内存页面都可以交换，只有映射到用户空间的页面才会被替换。为提高分配页面框时的效率，请使用合作伙伴系统将连续页面映射到连续页面框。主内存页面框由的页面数据结构描述和管理。同样，交换设备(磁盘)的每个物理页必须在主内存中具有相应的数据结构，以指

12、示是否分配了页面，以及多个用户是否共享页面。内核定义了用于描述和管理用于页面交换的设备的swap_info_struct数据结构。、4.7.4进程信息空间映射、1 mmap():虚拟内存区域的创建和初始化VMA 2 mummap():从当前进程地址空间中删除虚拟内存区域、4.7.5丢失页面异常处理(1)，页面替换基于最小使用量，在后台，内核定期扫描全局页面池，在主内存中的所有页面之间循环时，将每页age变量减少1Age为零的页面是一段时间内未访问的“旧”页面，因此是替换的最佳候选页面。Age值越大，页面最近使用的频率越高，就越不适合更换。读取缺失异常处理(2)，缺失中断处理步骤：1导致缺失页面的线性地址。2确定出现异常时CPU是否正在处理中断或内核线程。如果是，则执行错误处理。3调用find_vma查找发生页面错误的虚拟地址所在的vm_area_struct结构，