Linux内存模型

Linux内存模型
 
理解 Linux 使用的内存模型是从更大程度上掌握 Linux 设计和实现的第一步，因此本文将概述 Linux 内存模型和管理。
与内存管理有关的主要问题有：
l  虚拟内存的管理，这是介于应用程序请求与物理内存之间的一个逻辑层。
l  物理内存的管理。
l  内核虚拟内存的管理/内核内存分配器，这是一个用来满足对内存的请求的组件。这种对内存的请求可能来自于内核，也可能来自于用户。
l  虚拟地址空间的管理。
l  交换和缓存。
本文探讨了以下问题，可以帮助您从操作系统中内存管理的角度来理解 Linux 的内幕：
 
l  段控制单元模型，通常专用于 Linux
l  分页模型，通常专用于 Linux
l  物理内存方面的知识
x86 架构中，内存被划分成 3 种类型的地址：
l  逻辑地址 (logical address) 是存储位置的地址，它可能直接对应于一个物理位置，也可能不直接对应于一个物理位置。逻辑地址通常在请求控制器中的信息时使用。
l  线性地址 (linear address) （或称为 平面地址空间）是从 0 开始进行寻址的内存。之后的每个字节都可顺序使用下一数字来引用（0、1、2、3 等），直到内存末尾为止。这就是大部分非 Intel CPU 的寻址方式。Intel® 架构使用了分段的地址空间，其中内存被划分成 64KB 的段，有一个段寄存器总是指向当前正在寻址的段的基址。这种架构中的 32 位模式被视为平面地址空间，不过它也使用了段。
l  物理地址 (physical address) 是使用物理地址总线中的位表示的地址。物理地址可能与逻辑地址不同，内存管理单元可以将逻辑地址转换成物理地址。
CPU 使用两种单元将逻辑地址转换成物理地址。第一种称为分段单元 (segmented unit)，另外一种称为分页单元 (paging unit)。
下面让我们来介绍一下段控制单元模型。
 
段控制单元模型概述
 
这种分段模型背后的基本思想是将内存分段管理。从本质上来说，每个段就是自己的地址空间。段由两个元素构成：
基址 (base address) 包含某个物理内存位置的地址
长度值 (length value) 指定该段的长度
分段地址还包括两个组件 —— 段选择器 (segment selector) 和段内偏移量 (offset into the segment)。段选择器指定了要使用的段（即基址和长度值），而段内偏移量组件则指定了实际内存位置相对于基址的偏移量。实际内存位置的物理地址就是这个基址值与偏移�