《内存管理子系统》PPT课件

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1、内存管理子系统内存管理子系统内存是Linux内核所管理的最重要的资源之一，内存管理子系统是操作系统中最重要的部分之一。对于立志从事内核开发的工程师来说，熟悉Linux的内存管理系统非常重要。地址类型物理地址线性地址（虚拟地址）逻辑地址他们之间的关系？物理地址物理地址是指出现在CPU外部地址总线上的寻址物理内存的地址信号，是地址变换的最终结果。逻辑地址程序代码经过编译后在汇编程序中使用的地址。线性地址线性地址又名虚拟地址，在32位CPU架构下，可以表示4G的地址空间，用16进制表示就是0x00000000到0xfff

2、fffff。地址转换CPU要将一个逻辑地址转换为物理地址，需要两步：首先CPU利用段式内存管理单元，将逻辑地址转换成线程地址，再利用页式内存管理单元，把线性地址最终转换为物理地址。段式、页式管理什么是段式管理？什么是页式管理？段式管理(16位CPU)16位CPU内部拥有20位的地址线，它的寻址范围就是2的20次方，也就是1M的内存空间。但是16位CPU用于存放地址的寄存器（IP，SP……）只有16位，因此只能访问65536个存储单元，64K。段式管理(16位CPU)为了能够访问1M的内存空间，CPU就采用了内存分段

3、的管理模式，并在CPU内部加入了段寄存器。16位CPU把1M内存空间分为若干个逻辑段，每个逻辑段的要求如下：1、逻辑段的起始地址(段地址)必须是16的倍数，即最后4个二进制位必须全为0。2、逻辑段的最大容量为64K(why?)段式管理(16位CPU)物理地址的形成方式：由于段地址必须是16的倍数，所以值的一般形式为XXXX0H，即前16位二进制位是变化的，后四位是固定的0，鉴于段地址的这种特性，可以只保存前16位二进制位来保存整个段基地址，所以每次使用时要用段寄存器左移补4个0（乘以16）来得到实际的段地址。段式管

4、理(16位CPU)在确定了某个存储单元所属的段后，只是知道了该存储单元所属的范围（段地址->段地址+65536)，如果想确定该内存单元的具体位置，还必须知道该单元在段内的偏移。有了段地址和偏移量，就可以唯一的确定内存单元在存储器中的具体位置。段式管理(16位CPU)逻辑地址=段内偏移量由逻辑地址得到物理地址的公式为：PA=段寄存器的值*16+逻辑地址为什么要乘16?段式管理(16位CPU)段寄存器是为了对内存进行分段管理而增加的，16位CPU有四个段寄存器，程序可同时访问四个不同含义的段。1)CS+IP:用于代码段

5、的访问，CS指向存放程序的段基址，IP指向下条要执行的指令在CS段的偏移量，用这两个寄存器就可以得到一个内存物理地址，该地址存放着一条要执行的指令。段式管理(16位CPU)2)SS+SP：用于堆栈段的访问，SS指向堆栈段的基地址，SP指向栈顶，可以通过SS和SP两个寄存器直接访问栈顶单元的内存物理位置。段式管理(16位CPU)3)DS+BX：用于数据段的访问。DS中的值左移四位得到数据段起始地址，再加上BX中的偏移量，得到一个存储单元的物理地址。4)ES+BX：用于附加段的访问。ES中的值左移四位得到附加段起始地，

6、再加上BX中的偏移量，得到一个存储单元的物理地址。段式管理(32位CPU)32位pc的内存管理仍然采用“分段”的管理模式，物理地址同样由段地址和偏移量两部分组成，32位pc的内存管理和16位pc内存管理有相同之处也有不同之处，因为32位pc采用了两种不同的工作方式：实模式和保护模式。段式管理(32位CPU)1）实模式在实模式下，32位CPU的内存管理与16位CPU是一致的。2)保护模式段基地址长达32位，每个段的最大容量可达4G，段寄存器的值是段地址的“选择器”(Selector)，用该“选择器”从内存中得到一个3

7、2位的段地址，存储单元的物理地址就是该段地址加上段内偏移量，这与16位CPU的物理地址计算方式完全不同。段式管理(32位CPU)32位CPU内有6个段寄存器，其值在不同的模式下具有不同的含义：1、在实模式下：段寄存器的值*16就是段地址2、在保护模式下：段寄存器的值是一个选择器，间接指出一个32位的段地址段式管理(32位CPU)分页管理(32位CPU)从管理和效率的角度出发，线性地址被分为固定长度的组，称为页(page)，例如32位的机器，线性地址最大可为4G，如果用4KB为一个页来划分，这样整个线性地址就被划分为

8、2的20次方个页。分页管理另一类“页”，称之为物理页，或者是页框、页桢。分页单元把所有的物理内存也划分为固定长度的管理单位，它的长度一般与线性地址页是相同的。分页管理分页管理分页管理1、分页单元中，页目录的地址放在CPU的cr3寄存器中，是进行地址转换的开始点。2、每一个进程，都有其独立的虚拟地址空间，运行一个进程，首先需要将它的页目录地址放到cr3寄存器中