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1.Linux内核整体架构及子系统 内核对下管理硬件,对上通过运行时库对应用提供服务 用户空间 使用malloc()分配内存通过free()释放内存 内核空间 虚拟进程负责从进程的虚拟地址空间分配虚拟页,sys_brk来扩大或收缩堆,sys_mmap负责在内存映…虚拟地址空间布局架构(Linux内核学习)
1.Linux内核整体架构及子系统 内核对下管理硬件,对上通过运行时库对应用提供服务 用户空间 使用malloc()分配内存通过free()释放内存 内核空间 虚拟进程负责从进程的虚拟地址空间分配虚拟页,sys_brk来扩大或收缩堆,sys_mmap负责在内存映射区分配虚拟页, 页分配器负责分配物理页 不连续内存分配器提供分配内存的接口vmalloc和释放内存接口vfree,申请连续的物理页的成功率比较低,可以申请不连续的物理页,r然后映射到连续的虚拟页,及虚拟地址连续而物理地址不连续 内存控制组来控制进程占用的资源,当内存碎片化的时候,找不到连续的物理页,内存碎片整理通过迁移方式得到连续的物理页,当内存不足的时候,负责回收物理页 硬件 MMU1包含一个页表缓存,保存最近使用过的页表映射,避免每次都要查询虚拟页对应的物理页,解决了CPU执行速度与内存速度不匹配的问题 来个例子:
#include iostream
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
constexpr int MAX 1024;int main(int argc, char const *argv[])
{/*sbrk函数在内核的管理下将虚拟地址空间映射到内存供malloc函数使用。*/void *p sbrk(0);void *old p;p (int *)sbrk(MAX * MAX);if (p (void *)(-1)){std::cout sbrk error\n;exit(0);}printf(old:%p\tp%p\n, p, old);void *new_ sbrk(0);printf(new:%p, new_);sbrk(-MAX * MAX);return 0;
}
输出
old:0x55555557a000 p0x55555557a000
new:0x55555567a000可见成功分配了新的内存.
那我们如何更加具体的看到是否获取了内存呢?
更改代码如下:
#include iostream
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
constexpr int MAX 1024;int main(int argc, char const *argv[])
{/*sbrk函数在内核的管理下将虚拟地址空间映射到内存供malloc函数使用。*/void *p sbrk(0);void *old p;p (int *)sbrk(MAX * MAX);if (p (void *)(-1)){std::cout sbrk error\n;exit(0);}printf(old:%p\tp%p\n, p, old);void *new_ sbrk(0);printf(new:%p\n, new_);printf(pid %d\n, getpid());while (true){}sbrk(-MAX * MAX);return 0;
}
运行,不要停止
输出为:
old:0x55555557a000 p0x55555557a000
new:0x55555567a000
pid 1193打开新终端输入cat /proc/1193/maps(一切皆文件)查看内存情况: 后续就不在演示了(懒)
2.虚拟内存空间内存架构 linux-4.4.4\arch\arm64\include\asm\memory.h
#define TASK_SIZE_64 (UL(1) VA_BITS)//64位操作系统 //VA_BITS 编译内核的时候选择的虚拟地址的位数#ifdef CONFIG_COMPAT
#define TASK_SIZE_32 UL(0x100000000) //32位操作系统进程的用户虚拟地址空间包含区域:代码段、数据段、未初始化数据段; 动态库的代码段、数据段和未初始化数据段;存放动态生成的数据的堆; 存放局部变量和实现函数调用的栈; 把文件区间映射到虚拟地址空间的内存映射区域;存放在栈底部的环境变量和参数字符串。
部分内核代码:
struct mm_struct {struct vm_area_struct *mmap;//虚拟内存区域链表 /* list of VMAs */struct rb_root mm_rb;//虚拟内存区红黑树u32 vmacache_seqnum; /* per-thread vmacache */
#ifdef CONFIG_MMU //在内存映射区找到一个没有映射的区域unsigned long (*get_unmapped_area) (struct file *filp,unsigned long addr, unsigned long len,unsigned long pgoff, unsigned long flags);unsigned long mmap_base; //内存映射区起始地址 /* base of mmap area */unsigned long mmap_legacy_base; /* base of mmap area in bottom-up allocations */unsigned long task_size; //用户虚拟空间长度 /* size of task vm space */unsigned long highest_vm_end; /* highest vma end address */pgd_t * pgd;atomic_t mm_users; //共享一个用户虚拟空间的进程数量,进程包含的线程的数量 /* How many users with user space? */atomic_t mm_count; /* How many references to struct mm_struct (users count as 1) */atomic_long_t nr_ptes; unsigned long hiwater_rss;//进程所拥有的最大页框数 /* High-watermark of RSS usage */unsigned long hiwater_vm; // 最大页数/* High-water virtual memory usage */unsigned long total_vm; //进程页数 /* Total pages mapped */unsigned long locked_vm;//锁住不能交换的页数 /* Pages that have PG_mlocked set */unsigned long pinned_vm; /* Refcount permanently increased */unsigned long shared_vm; /* Shared pages (files) */unsigned long exec_vm; /* VM_EXEC ~VM_WRITE */unsigned long stack_vm; /* VM_GROWSUP/DOWN */unsigned long def_flags;unsigned long start_code, end_code, start_data, end_data;//代码段起始结束,数据段起始结束unsigned long start_brk, brk, start_stack;//堆 栈的起始地址**我所有的学习笔记都在Github仓库里:https://github.com/fanxing-6/CPP-learning-notes **
,如果访问Github有问题也可以访问Gitee:CPP-learning-notes: C学习笔记 (gitee.com)
本人能力有限,笔记难免有疏漏,如果有错误,欢迎各位关注公众号与我交流,一定会及时回复
