企业做网站需要哪些材料,响应式网站和平时网站的区别,杭州协会网站建设方案,天津网站建设推广服务最近在微信群里看到有人提这个问题#xff0c;然后查了下资料#xff0c;觉得这篇文章是写得最能让人看懂的#xff0c;分享给大家。欢迎大家评论说出自己的见解#xff0c;让更多的人更容易理解这部分知识。之前的相关文章Linux内存#xff0c;先看这篇文章Linux物理内存… 最近在微信群里看到有人提这个问题然后查了下资料觉得这篇文章是写得最能让人看懂的分享给大家。欢迎大家评论说出自己的见解让更多的人更容易理解这部分知识。之前的相关文章Linux内存先看这篇文章Linux物理内存初始化Linux 操作系统和驱动程序运行在内核空间应用程序运行在用户空间两者不能简单地使用指针传递数据因为Linux使用的虚拟内存机制用户空间的数据可能被换出当内核空间使用用户空间指针时对应的数据可能不在内存中。Linux内核地址映射模型x86 CPU采用了段页式地址映射模型。进程代码中的地址为逻辑地址经过段页式地址映射后才真正访问物理内存。段页式机制如下图。 Linux内核地址空间划分通常32位Linux内核地址空间划分0~3G为用户空间3~4G为内核空间。注意这里是32位内核地址空间划分64位内核地址空间划分是不同的。 Linux内核高端内存的由来当内核模块代码或线程访问内存时代码中的内存地址都为逻辑地址而对应到真正的物理内存地址需要地址一对一的映射如逻辑地址0xc0000003对应的物理地址为0×30xc0000004对应的物理地址为0×4… …逻辑地址与物理地址对应的关系为物理地址 逻辑地址 – 0xC0000000逻辑地址物理内存地址0xc00000000×00xc00000010×10xc00000020×20xc00000030×3……0xe00000000×20000000……0xffffffff0×40000000 ??假 设按照上述简单的地址映射关系那么内核逻辑地址空间访问为0xc0000000 ~ 0xffffffff那么对应的物理内存范围就为0×0 ~ 0×40000000即只能访问1G物理内存。若机器中安装8G物理内存那么内核就只能访问前1G物理内存后面7G物理内存将会无法访问因为内核 的地址空间已经全部映射到物理内存地址范围0×0 ~ 0×40000000。即使安装了8G物理内存那么物理地址为0×40000001的内存内核该怎么去访问呢代码中必须要有内存逻辑地址 的0xc0000000 ~ 0xffffffff的地址空间已经被用完了所以无法访问物理地址0×40000000以后的内存。显 然不能将内核地址空间0xc0000000 ~ 0xfffffff全部用来简单的地址映射。因此x86架构中将内核地址空间划分三部分ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和 ZONE_HIGHMEM。ZONE_HIGHMEM即为高端内存这就是内存高端内存概念的由来。在x86结构中三种类型的区域如下ZONE_DMA 内存开始的16MBZONE_NORMAL 16MB~896MBZONE_HIGHMEM 896MB ~ 结束 Linux内核高端内存的理解前 面我们解释了高端内存的由来。Linux将内核地址空间划分为三部分ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM高端内存HIGH_MEM地址空间范围为 0xF8000000 ~ 0xFFFFFFFF896MB1024MB。那么如内核是如何借助128MB高端内存地址空间是如何实现访问可以所有物理内存当内核想访问高于896MB物理地址内存时从0xF8000000 ~ 0xFFFFFFFF地址空间范围内找一段相应大小空闲的逻辑地址空间借用一会。借用这段逻辑地址空间建立映射到想访问的那段物理内存即填充内核PTE页面表临时用一会用完后归还。这样别人也可以借用这段地址空间访问其他物理内存实现了使用有限的地址空间访问所有所有物理内存。如下图。例 如内核想访问2G开始的一段大小为1MB的物理内存即物理地址范围为0×80000000 ~ 0x800FFFFF。访问之前先找到一段1MB大小的空闲地址空间假设找到的空闲地址空间为0xF8700000 ~ 0xF87FFFFF用这1MB的逻辑地址空间映射到物理地址空间0×80000000 ~ 0x800FFFFF的内存。映射关系如下逻辑地址物理内存地址0xF87000000×800000000xF87000010×800000010xF87000020×80000002……0xF87FFFFF0x800FFFFF当内核访问完0×80000000 ~ 0x800FFFFF物理内存后就将0xF8700000 ~ 0xF87FFFFF内核线性空间释放。这样其他进程或代码也可以使用0xF8700000 ~ 0xF87FFFFF这段地址访问其他物理内存。从上面的描述我们可以知道高端内存的最基本思想借一段地址空间建立临时地址映射用完后释放达到这段地址空间可以循环使用访问所有物理内存。看到这里不禁有人会问万一有内核进程或模块一直占用某段逻辑地址空间不释放怎么办若真的出现的这种情况则内核的高端内存地址空间越来越紧张若都被占用不释放则没有建立映射到物理内存都无法访问了。在 香港尖沙咀有些写字楼洗手间很少且有门锁的。客户要去洗手间的话可以向前台拿钥匙方便完后把钥匙归还到前台。这样虽然只有一个洗 手间但可以满足所有客户去洗手间的需求。要是某个客户一直占用洗手间、钥匙不归还那么其他客户都无法上洗手间了。Linux内核高端内存管理的思想类 似。 Linux内核高端内存的划分内核将高端内存划分为3部分VMALLOC_START~VMALLOC_END、KMAP_BASE~FIXADDR_START和FIXADDR_START~4G。对 于高端内存可以通过 alloc_page() 或者其它函数获得对应的 page但是要想访问实际物理内存还得把 page 转为线性地址才行为什么想想 MMU 是如何访问物理内存的也就是说我们需要为高端内存对应的 page 找一个线性空间这个过程称为高端内存映射。对应高端内存的3部分高端内存映射有三种方式映射到”内核动态映射空间”noncontiguous memory allocation这种方式很简单因为通过 vmalloc() 在”内核动态映射空间”申请内存的时候就可能从高端内存获得页面参看 vmalloc 的实现因此说高端内存有可能映射到”内核动态映射空间”中。持久内核映射permanent kernel mapping如果是通过 alloc_page() 获得了高端内存对应的 page如何给它找个线性空间内核专门为此留出一块线性空间从 PKMAP_BASE 到 FIXADDR_START 用于映射高端内存。在 2.6内核上这个地址范围是 4G-8M 到 4G-4M 之间。这个空间起叫”内核永久映射空间”或者”永久内核映射空间”。这个空间和其它空间使用同样的页目录表对于内核来说就是 swapper_pg_dir对普通进程来说通过 CR3 寄存器指向。通常情况下这个空间是 4M 大小因此仅仅需要一个页表即可内核通过来 pkmap_page_table 寻找这个页表。通过 kmap()可以把一个 page 映射到这个空间来。由于这个空间是 4M 大小最多能同时映射 1024 个 page。因此对于不使用的的 page及应该时从这个空间释放掉也就是解除映射关系通过 kunmap() 可以把一个 page 对应的线性地址从这个空间释放出来。临时映射temporary kernel mapping内核在 FIXADDR_START 到 FIXADDR_TOP 之间保留了一些线性空间用于特殊需求。这个空间称为”固定映射空间”在这个空间中有一部分用于高端内存的临时映射。这块空间具有如下特点1每个 CPU 占用一块空间2在每个 CPU 占用的那块空间中又分为多个小空间每个小空间大小是 1 个 page每个小空间用于一个目的这些目的定义在 kmap_types.h 中的 km_type 中。当要进行一次临时映射的时候需要指定映射的目的根据映射目的可以找到对应的小空间然后把这个空间的地址作为映射地址。这意味着一次临时映射会导致以前的映射被覆盖。通过 kmap_atomic() 可实现临时映射。常见问题1、用户空间进程是否有高端内存概念用户进程没有高端内存概念。只有在内核空间才存在高端内存。用户进程最多只可以访问3G物理内存而内核进程可以访问所有物理内存。 2、64位内核中有高端内存吗目前现实中64位Linux内核不存在高端内存因为64位内核可以支持超过512GB内存。若机器安装的物理内存超过内核地址空间范围就会存在高端内存。 3、用户进程能访问多少物理内存内核代码能访问多少物理内存32位系统用户进程最大可以访问3GB内核代码可以访问所有物理内存。64位系统用户进程最大可以访问超过512GB内核代码可以访问所有物理内存。 4、高端内存和物理地址、逻辑地址、线性地址的关系高端内存只和逻辑地址有关系和逻辑地址、物理地址没有直接关系。 5、为什么不把所有的地址空间都分配给内核若把所有地址空间都给内存那么用户进程怎么使用内存怎么保证内核使用内存和用户进程不起冲突1让我们忽略Linux对段式内存映射的支持。在保护模式下我们知道无论CPU运行于用户态还是核心态CPU执行程序所访问的地址都是虚拟地址MMU 必须通过读取控制寄存器CR3中的值作为当前页面目录的指针进而根据分页内存映射机制参看相关文档将该虚拟地址转换为真正的物理地址才能让CPU真 正的访问到物理地址。2对于32位的Linux其每一个进程都有4G的寻址空间但当一个进程访问其虚拟内存空间中的某个地址时又是怎样实现不与其它进程的虚拟空间混淆 的呢每个进程都有其自身的页面目录PGDLinux将该目录的指针存放在与进程对应的内存结构task_struct.(struct mm_struct)mm-pgd中。每当一个进程被调度schedule()即将进入运行态时Linux内核都要用该进程的PGD指针设 置CR3switch_mm()。3当创建一个新的进程时都要为新进程创建一个新的页面目录PGD并从内核的页面目录swapper_pg_dir中复制内核区间页面目录项至新建进程页面目录PGD的相应位置具体过程如下do_fork() -- copy_mm() -- mm_init() -- pgd_alloc() -- set_pgd_fast() -- get_pgd_slow() -- memcpy(PGD USER_PTRS_PER_PGD, swapper_pg_dir USER_PTRS_PER_PGD, (PTRS_PER_PGD - USER_PTRS_PER_PGD) * sizeof(pgd_t))
这样一来每个进程的页面目录就分成了两部分第一部分为“用户空间”用来映射其整个进程空间0x0000 00000xBFFF FFFF即3G字节的虚拟地址第二部分为“系统空间”用来映射0xC000 00000xFFFF FFFF1G字节的虚拟地址。可以看出Linux系统中每个进程的页面目录的第二部分是相同的所以从进程的角度来看每个进程有4G字节的虚拟空间 较低的3G字节是自己的用户空间最高的1G字节则为与所有进程以及内核共享的系统空间。4现在假设我们有如下一个情景在进程A中通过系统调用sethostname(const char *name,seze_t len)设置计算机在网络中的“主机名”.在该情景中我们势必涉及到从用户空间向内核空间传递数据的问题name是用户空间中的地址它要通过系统调用设置到内核中的某个地址中。让我们看看这个 过程中的一些细节问题系统调用的具体实现是将系统调用的参数依次存入寄存器ebx,ecx,edx,esi,edi最多5个参数该情景有两个 name和len接着将系统调用号存入寄存器eax然后通过中断指令“int 80”使进程A进入系统空间。由于进程的CPU运行级别小于等于为系统调用设置的陷阱门的准入级别3所以可以畅通无阻的进入系统空间去执行为int 80设置的函数指针system_call()。由于system_call()属于内核空间其运行级别DPL为0CPU要将堆栈切换到内核堆栈即 进程A的系统空间堆栈。我们知道内核为新建进程创建task_struct结构时共分配了两个连续的页面即8K的大小并将底部约1k的大小用于 task_struct如#define alloc_task_struct() ((struct task_struct *) __get_free_pages(GFP_KERNEL,1)),而其余部分内存用于系统空间的堆栈空间即当从用户空间转入系统空间时堆栈指针 esp变成了alloc_task_struct()8192这也是为什么系统空间通常用宏定义current参看其实现获取当前进程的 task_struct地址的原因。每次在进程从用户空间进入系统空间之初系统堆栈就已经被依次压入用户堆栈SS、用户堆栈指针ESP、EFLAGS、 用户空间CS、EIP接着system_call()将eax压入再接着调用SAVE_ALL依次压入ES、DS、EAX、EBP、EDI、ESI、 EDX、ECX、EBX然后调用sys_call_table4*%EAX本情景为sys_sethostname()。5在sys_sethostname()中经过一些保护考虑后调用copy_from_user(to,from,n其中to指向内核空间 system_utsname.nodename譬如0xE625A000from指向用户空间譬如0x8010FE00。现在进程A进入了内核在 系统空间中运行MMU根据其PGD将虚拟地址完成到物理地址的映射最终完成从用户空间到系统空间数据的复制。准备复制之前内核先要确定用户空间地址和 长度的合法性至于从该用户空间地址开始的某个长度的整个区间是否已经映射并不去检查如果区间内某个地址未映射或读写权限等问题出现时则视为坏地址 就产生一个页面异常让页面异常服务程序处理。过程如 下copy_from_user()-generic_copy_from_user()-access_ok()__copy_user_zeroing().6小结*进程寻址空间0~4G *进程在用户态只能访问0~3G只有进入内核态才能访问3G~4G *进程通过系统调用进入内核态*每个进程虚拟空间的3G~4G部分是相同的 *进程从用户态进入内核态不会引起CR3的改变但会引起堆栈的改变Linux 简化了分段机制使得虚拟地址与线性地址总是一致因此Linux的虚拟地址空间也为04G。Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。将最高的 1G字节从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF供内核使用称为“内核空间”。而将较低的3G字节从虚拟地址 0x00000000到0xBFFFFFFF供各个进程使用称为“用户空间。因为每个进程可以通过系统调用进入内核因此Linux内核由系统 内的所有进程共享。于是从具体进程的角度来看每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。Linux使用两级保护机制0级供内核使用3级供用户程序使用。从图中可以看出这里无法表示图每个进程有各自的私有用户空间03G这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB字节虚拟内核空间则为所有进程以及内核所共享。1虚拟内核空间到物理空间的映射内核空间中存放的是内核代码和数据而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间它们都处于虚拟空间中。读者会问系 统启动时内核的代码和数据不是被装入到物理内存吗它们为什么也处于虚拟内存中呢这和编译程序有关后面我们通过具体讨论就会明白这一点。虽 然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节但映射到物理内存却总是从最低地址0x00000000开始。对内核空间来说其地址映射是很简单 的线性映射0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。我们来看一下在include/asm/i386/page.h中对内核空间中地址映射的说明及定义/*
* This handles the memory map.. We could make this a config
* option, but too many people screw it up, and too few need
* it.
*
* A __PAGE_OFFSET of 0xC0000000 means that the kernel has
* a virtual address space of one gigabyte, which limits the
* amount of physical memory you can use to about 950MB.
*
* If you want more physical memory than this then see the CONFIG_HIGHMEM4G
* and CONFIG_HIGHMEM64G options in the kernel configuration.
*/#define __PAGE_OFFSET (0xC0000000)
……
#define PAGE_OFFSET ((unsigned long)__PAGE_OFFSET)
#define __pa(x) ((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET)
#define __va(x) ((void *)((unsigned long)(x)PAGE_OFFSET))
源 代码的注释中说明如果你的物理内存大于950MB那么在编译内核时就需要加CONFIG_HIGHMEM4G和CONFIG_HIGHMEM64G选 项这种情况我们暂不考虑。如果物理内存小于950MB则对于内核空间而言给定一个虚地址x其物理地址为“x- PAGE_OFFSET”给定一个物理地址x其虚地址为“x PAGE_OFFSET”。这里再次说明宏__pa()仅仅把一个内核空间的虚地址映射到物理地址而决不适用于用户空间用户空间的地址映射要复杂得多。2内核映像在下面的描述中我们把内核的代码和数据就叫内核映像kernel image。当系统启动时Linux内核映像被安装在物理地址0x00100000开始的地方即1MB开始的区间(第1M留作它用)。然而在正常 运行时 整个内核映像应该在虚拟内核空间中因此连接程序在连接内核映像时在所有的符号地址上加一个偏移量PAGE_OFFSET这样内核映像在内核空间 的起始地址就为0xC0100000。例如进程的页目录PGD属于内核数据结构就处于内核空间中。在进程切换时要将寄存器CR3设置成指 向新进程的页目录PGD而该目录的起始地址在内核空间中是虚地址但CR3所需要的是物理地址这时候就要用__pa()进行地址转换。在 mm_context.h中就有这么一行语句asm volatile(“movl %0,%%cr3”: :”r” (__pa(next-gt;pgd));这是一行嵌入式汇编代码其含义是将下一个进程的页目录起始地址next_pgd通过__pa()转换成物理地址存放在某个寄存器中然后用mov指令将其写入CR3寄存器中。经过这行语句的处理CR3就指向新进程next的页目录表PGD了转自https://www.cnblogs.com/wuchanming/p/4360277.html#推荐阅读 专辑|Linux文章汇总 专辑|程序人生 专辑|C语言嵌入式Linux微信扫描二维码关注我的公众号
