1.在 Linux 0.11 内核中,为了有效地使用机器中的物理内存,内存被划分成几个功能区域,见下图 2-9所示。
2.Linux 内核程序占据在物理内存的开始部分,接下来是用于供硬盘或软盘等块设备使用的高速缓冲区部分。当一个进程需要读取块设备中的数据时,系统会首先将数据读到高速缓冲区中;当有数据需要写到块设备上去时,系统也是先将数据放到高速缓冲区中,然后由块设备驱动程序写到设备上。
3.最后部分是供所有程序可以随时申请使用的主内存区部分。内核程序在使用主内存区时,也同样要首先向内核的内存管理模块提出申请,在申请成功后方能使用。对于含有 RAM 虚拟盘的系统,主内存区头部还要划去一部分,供虚拟盘存放数据。
4.由于计算机系统中所含的实际物理内存容量是有限的，为了能有效地使用这些物理内存, Linux 系统同时采用了 Intel CPU 的内存分段和分页管理机制。
5.在 Linux 0.11 内核中,在进行地址映射时,我们需要首先分清 3 种地址以及它们之间的变换概念:a. 程序(进程)的逻辑地址; b. CPU 的线性地址; c. 实际物理内存地址。
6.逻辑地址( Logical Address )是指有程序产生的与段相关的偏移地址部分。在 Intel 保护模式下即是指程序执行代码段限长内的偏移地址(假定代码段、数据段完全一样)。应用程序员仅需与逻辑地址打交道,而分段和分页机制对他来说是完全透明的,仅由系统编程人员涉及。
7.线性地址( Linear Address )是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层。程序代码会产生逻辑地址,或者说是段中的偏移地址,加上相应段的基地址就生成了一个线性地址。如果启用了分页机制,那么线性地址可以再经变换以产生一个物理地址。若没有启用分页机制,那么线性地址直接就是物理地址。 Intel80386 的线性地址空间容量为 4G 。
8.物理地址( Physical Address )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地址。如果启用了分页机制,那么线性地址会使用页目录和页表中的项变换成物理地址。如果没有启用分页机制,那么线性地址就直接成为物理地址了。
9.虚拟内存( Virtual Memory )是指计算机呈现出要比实际拥有的内存大得多的内存量。因为程序员可能编制并运行比实际系统拥有的内存大得多的程序。这使得许多大型项目也能够在具有有限内存资源的系统上实现。在 Linux 0.11 内核中,给每个程序(进程)都划分了总容量为 64MB 的虚拟内存空间。因此程序的逻辑地址范围是 0x0000000 到 0x4000000 。逻辑地址也是与实际物理内存容量无关的，与虚拟内存空间的概念类似
10.在内存分段系统中,一个程序的逻辑地址是通过分段机制自动地映射(变换)到中间层的线性地址上。当一个程序引用一个内存地址时,通过把相应的段基址加到程序员看得见的逻辑地址上就形成了一个对应的线性地址。此时若没有启用分页机制,则该线性地址就被送到 CPU 的外部地址总线上,用于直接寻址对应的物理内存。若采用了分页机制,则此时线性地址只是一个中间结果,还需要使用分页机制进行变换,再最终映射到实际物理内存地址上。
11.与分段机制类似,分页机制允许我们重新定向(变换)每次内存引用,以适应我们的特殊要求。
12.使用分页机制最普遍的场合是当系统内存实际上被分成很多凌乱的块时 , 它可以建立一个大而连续的内存空间的映象,好让程序不用操心和管理这些分散的内存块。
13.分页机制增强了分段机制的性能。页地址变换是建立在段变换基础之上的。任何分页机制的保护措施并不会取代段变换的保护措施而只是进行更进一步的检查操作。
14.CPU 进行地址变换(映射)的主要目的是为了解决虚拟内存空间到物理内存空间的映射问题。
15.虚拟内存空间的含义是指一种利用二级或外部存储空间,使程序能不受实际物理内存量限制而使用内存的一种方法。通常虚拟内存空间要比实际物理内存量大得多。