趣谈Linux操作系统
刘超
网易杭州研究院云计算技术部首席架构师
立即订阅
19293 人已学习
课程目录
已完结 72 讲
0/4登录后,你可以任选4讲全文学习。
入门准备篇 (3讲)
开篇词 | 为什么要学习Linux操作系统?
免费
01 | 入学测验:你究竟对Linux操作系统了解多少?
02 | 学习路径:爬过这六个陡坡,你就能对Linux了如指掌
核心原理篇:第一部分 Linux操作系统综述 (3讲)
03 | 你可以把Linux内核当成一家软件外包公司的老板
04 | 快速上手几个Linux命令:每家公司都有自己的黑话
05 | 学会几个系统调用:咱们公司能接哪些类型的项目?
核心原理篇:第二部分 系统初始化 (4讲)
06 | x86架构:有了开放的架构,才能打造开放的营商环境
07 | 从BIOS到bootloader:创业伊始,有活儿老板自己上
08 | 内核初始化:生意做大了就得成立公司
09 | 系统调用:公司成立好了就要开始接项目
核心原理篇:第三部分 进程管理 (10讲)
10 | 进程:公司接这么多项目,如何管?
11 | 线程:如何让复杂的项目并行执行?
12 | 进程数据结构(上):项目多了就需要项目管理系统
13 | 进程数据结构(中):项目多了就需要项目管理系统
14 | 进程数据结构(下):项目多了就需要项目管理系统
15 | 调度(上):如何制定项目管理流程?
16 | 调度(中):主动调度是如何发生的?
17 | 调度(下):抢占式调度是如何发生的?
18 | 进程的创建:如何发起一个新项目?
19 | 线程的创建:如何执行一个新子项目?
核心原理篇:第四部分 内存管理 (7讲)
20 | 内存管理(上):为客户保密,规划进程内存空间布局
21 | 内存管理(下):为客户保密,项目组独享会议室封闭开发
22 | 进程空间管理:项目组还可以自行布置会议室
23 | 物理内存管理(上):会议室管理员如何分配会议室?
24 | 物理内存管理(下):会议室管理员如何分配会议室?
25 | 用户态内存映射:如何找到正确的会议室?
26 | 内核态内存映射:如何找到正确的会议室?
核心原理篇:第五部分 文件系统 (4讲)
27 | 文件系统:项目成果要归档,我们就需要档案库
28 | 硬盘文件系统:如何最合理地组织档案库的文档?
29 | 虚拟文件系统:文件多了就需要档案管理系统
30 | 文件缓存:常用文档应该放在触手可得的地方
核心原理篇:第六部分 输入输出系统 (5讲)
31 | 输入与输出:如何建立售前售后生态体系?
32 | 字符设备(上):如何建立直销模式?
33 | 字符设备(下):如何建立直销模式?
34 | 块设备(上):如何建立代理商销售模式?
35 | 块设备(下):如何建立代理商销售模式?
核心原理篇:第七部分 进程间通信 (7讲)
36 | 进程间通信:遇到大项目需要项目组之间的合作才行
37 | 信号(上):项目组A完成了,如何及时通知项目组B?
38 | 信号(下):项目组A完成了,如何及时通知项目组B?
39 | 管道:项目组A完成了,如何交接给项目组B?
40 | IPC(上):不同项目组之间抢资源,如何协调?
41 | IPC(中):不同项目组之间抢资源,如何协调?
42 | IPC(下):不同项目组之间抢资源,如何协调?
核心原理篇:第八部分 网络系统 (7讲)
43 预习 | Socket通信之网络协议基本原理
43 | Socket通信:遇上特大项目,要学会和其他公司合作
44 | Socket内核数据结构:如何成立特大项目合作部?
45 | 发送网络包(上):如何表达我们想让合作伙伴做什么?
46 | 发送网络包(下):如何表达我们想让合作伙伴做什么?
47 | 接收网络包(上):如何搞明白合作伙伴让我们做什么?
48 | 接收网络包(下):如何搞明白合作伙伴让我们做什么?
核心原理篇:第九部分 虚拟化 (7讲)
49 | 虚拟机:如何成立子公司,让公司变集团?
50 | 计算虚拟化之CPU(上):如何复用集团的人力资源?
51 | 计算虚拟化之CPU(下):如何复用集团的人力资源?
52 | 计算虚拟化之内存:如何建立独立的办公室?
53 | 存储虚拟化(上):如何建立自己保管的单独档案库?
54 | 存储虚拟化(下):如何建立自己保管的单独档案库?
55 | 网络虚拟化:如何成立独立的合作部?
核心原理篇:第十部分 容器化 (4讲)
56 | 容器:大公司为保持创新,鼓励内部创业
57 | Namespace技术:内部创业公司应该独立运营
58 | CGroup技术:内部创业公司应该独立核算成本
59 | 数据中心操作系统:上市敲钟
实战串讲篇 (9讲)
60 | 搭建操作系统实验环境(上):授人以鱼不如授人以渔
61 | 搭建操作系统实验环境(下):授人以鱼不如授人以渔
62 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(一)
63 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(二)
64 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(三)
65 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(四)
66 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(五)
67 | 期末测试:这些操作系统问题,你真的掌握了吗?
结束语 | 永远别轻视任何技术,也永远别轻视自己
免费
专栏加餐 (2讲)
学习攻略(一):学好操作系统,需要掌握哪些前置知识?
“趣谈Linux操作系统”食用指南
免费
趣谈Linux操作系统
登录|注册

21 | 内存管理(下):为客户保密,项目组独享会议室封闭开发

刘超 2019-05-15
上一节,我们讲了虚拟空间的布局。接下来,我们需要知道,如何将其映射成为物理地址呢?
你可能已经想到了,咱们前面讲 x86 CPU 的时候,讲过分段机制,咱们规划虚拟空间的时候,也是将空间分成多个段进行保存。
那就直接用分段机制呗。我们来看看分段机制的原理。
分段机制下的虚拟地址由两部分组成,段选择子段内偏移量。段选择子就保存在咱们前面讲过的段寄存器里面。段选择子里面最重要的是段号,用作段表的索引。段表里面保存的是这个段的基地址段的界限特权等级等。虚拟地址中的段内偏移量应该位于 0 和段界限之间。如果段内偏移量是合法的,就将段基地址加上段内偏移量得到物理内存地址。
例如,我们将上面的虚拟空间分成以下 4 个段,用 0~3 来编号。每个段在段表中有一个项,在物理空间中,段的排列如下图的右边所示。
如果要访问段 2 中偏移量 600 的虚拟地址,我们可以计算出物理地址为,段 2 基地址 2000 + 偏移量 600 = 2600。
多好的机制啊!我们来看看 Linux 是如何使用这个机制的。
在 Linux 里面,段表全称段描述符表(segment descriptors),放在全局描述符表 GDT(Global Descriptor Table)里面,会有下面的宏来初始化段描述符表里面的表项。
取消
完成
0/1000字
划线
笔记
复制
© 版权归极客邦科技所有,未经许可不得传播售卖。 页面已增加防盗追踪,如有侵权极客邦将依法追究其法律责任。
该试读文章来自付费专栏《趣谈Linux操作系统》,如需阅读全部文章,
请订阅文章所属专栏。
立即订阅
登录 后留言

精选留言(24)

  • why
    - 内存管理(下)
    - 虚拟内存地址到物理内存地址的映射
    - 分段
        - 虚拟地址 = 段选择子(段寄存器) + 段内偏移量
        - 段选择子 = 段号(段表索引) + 标识位
        - 段表 = 物理基地址 + 段界限(偏移量范围) + 特权等级
    - Linux 分段实现
        - 段表称为段描述符表, 放在全局标识符表中
        - Linux 将段基地址都初始化为 0, 不用于地址映射
        - Linux 分段功能主要用于权限检查
    - Linux 通过分页实现映射
        - 物理内存被换分为大小固定(4KB)的页, 物理页可在内存与硬盘间换出/换入
        - 页表 = 虚拟页号 + 物理页号; 用于定位页
        - 虚拟地址 = 虚拟页号 + 页内偏移
        - 若采用单页表, 32位系统中一个页表将有 1M 页表项, 占用 4MB(每项 4B)
        - Linux 32位系统采用两级页表: 页表目录(1K项, 10bit) + 页表(1K项, 10bit)(页大小(4KB, 12bit))
        - 映射 4GB 内存理论需要 1K 个页表目录项 + 1K\*1K=1M 页表项, 将占用 4KB+4MB 空间
        - 因为完整的页表目录可以满足所有地址的查询, 因此页表只需在对应地址有内存分配时才生成;
        - 64 为系统采用 4 级页表
    2019-05-16
    10
  • Leon📷
    分页机制本质上来说就是类似于linux文件系统的目录管理一样,页目录项和页表项相当于根目录和上级目录,页内便宜量就是相对路径,绝对路径就是整个32位地址,分布式存储系统也是采用的类似的机制,先用元数据存储前面的路径,再用块内偏移定位到具体文件,感觉道理都差不多

    作者回复: 是的

    2019-05-15
    7
  • kkxue
    [root@openstack-rocky ~]# getconf PAGE_SIZE
    4096
    [root@openstack-rocky ~]# cat /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages
    0
    [root@openstack-rocky ~]# grep Huge /proc/meminfo
    AnonHugePages: 612352 kB
    HugePages_Total: 0
    HugePages_Free: 0
    HugePages_Rsvd: 0
    HugePages_Surp: 0
    Hugepagesize: 2048 kB
    [root@openstack-rocky ~]# free -g
                  total used free shared buff/cache available
    Mem: 5 4 0 0 0 0
    Swap: 5 0 5
    [root@openstack-rocky ~]# echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages
    [root@openstack-rocky ~]# free -g
                  total used free shared buff/cache available
    Mem: 5 5 0 0 0 0
    Swap: 5 0 5
    [root@openstack-rocky ~]# grep Huge /proc/meminfo
    AnonHugePages: 618496 kB
    HugePages_Total: 242
    HugePages_Free: 242
    HugePages_Rsvd: 0
    HugePages_Surp: 0
    Hugepagesize: 2048 kB
    2019-06-03
    4
  • Helios
    请问老师为什么一个表项用4个字节去存储呢

    作者回复: 规定,可以去查一下表项的结构,太细节了,所以这里没有提

    2019-05-15
    1
    4
  • 崔伟协
    分页,分段机制的优劣在于哪儿呢,为什么有分页分段

    作者回复: 都是硬件的机制,操作系统作为软件要用硬件机制。文章里面写了优劣势了。分段容易碎片,不容易换出。

    2019-05-15
    1
    3
  • 栋能
    64位Linux机器,4KB页大小,那虚拟地址组成应该是:22位PGD、10位PUD、10位PMD、10位PTE、12位页偏移地址

    作者回复: 由于x86_64处理器硬件限制。x86_64处理器地址线只有48条,故而导致硬件要求传入的地址48位到63位地址必须相同。 4K页面下, 48位线性地址分为5段,位宽度分别是9、9、9、12。映射的方法为页表查找。

    2019-07-20
    2
  • 有铭
    为什么页的默认大小是4KB,这是以什么理由定下来的,为什么不是2KB或者8KB呢

    作者回复: 历史因素吧

    2019-05-15
    1
    2
  • 陈志恒
    虚拟和物理地址的映射关系有两种:段表,页表。linux偏向于使用页表
    2019-11-25
  • Geek_853778
    使用分页机制将虚拟地址转化为物理地址时,就需要有一个页表,将各个页的起始地址信息给管理起来,每一个进程都需要保存有一个完整的页表
    2019-11-14
  • lcf枫
    老师,这里的段和页是个什么关系,怎么关联起来?
    2019-11-13
  • darren
    老师问个问题:1.如果是因为页表必须连续而且每个进程的页表不一样,所以只有一级页表时需要每个进程占用4M空间,那这4M页表存放到哪里?系统又是怎么找到的?2.如果采用两级页表,为什么第一级需要页目录需要全部存储,而第二级页表就可以只存使用的那一页,这两级页表又是放到哪里,需要怎么找到?3.第一级需要4k,就算只使用实际内存一页的内容,第二级是不是也至少需要存储一个完整页4k,一共就是8k,那就是至少占用8k,文中说最多占用4k是我没有理解语义吗?
    2019-11-06
  • 柳长青
    老师,我问一下,这么理解页表项对不对:以4G内存为例,就是一级目录还是4M,然后每个进程都有4K的页表目录,假设有100个进程就需要4M+400K的内存来定义页表项。
    2019-11-05
  • kdb_reboot
    1. 也就是说分段是建立在分页的基础上的,比如进程用户态内存空间的分段,但是再细看其实是分页的
    2.多级页表应该就是“王争”讲的跳表
    老师我理解的对吧?
    2019-10-02
  • ZYecho
    老师您好,请问这个版本的内核没有使用到硬件的LGT表项么? 我记得GDT和LDT一般是配套使用的?
    2019-09-09
  • ZYecho
    老师您好,为什么二级页表的机制会节省空间呢? 如果一级页表的话不能够实现 只分配使用到的内存空间么?
    2019-09-09
  • 落石
    64 位系统 2的64次方。四级页表,如果每级仍然以4K划分那就是 2^64 / 2^12 * 4 / 2^10 * 4 / 2^10 * 4 / 2^10 * 4 = 2^24,即16M*4,64M每个进程?为什么没有采用位图的形式,记录页表索引。这样可以大量节约空间。

    作者回复: 不会放满的。要都放满256T物理内存呀,哪儿弄这么多内存去。不能位图,又不是仅仅标识在不在,而是要映射地址的。

    2019-07-11
  • 饭粒
    32位系统的两级页表那“ 映射 4GB 地址空间就需要 4MB+4KB 的内存”,怎么算的 4MB+4KB ?不太明白。

    作者回复: 第一级4M,第二级4K

    2019-06-27
    1
  • zhouzg
    课程太好了,系统的认识了操作系统,之前总是会出现一些想不明白的点,找的资料都是零散的,虽然也能看明白一点,但总是不系统,东西窜不起来。

    作者回复: 赞

    2019-06-26
  • zhouzg
    这里之前了解过一点内存寻址的原理,CPU引脚对寻址的作用等。虽然还没理解透,但是结合这篇文章有一些启发。

    作者回复: 解析CPU引脚就比较底层了

    2019-06-26
  • 深海极光
    老师请问下,不同进程的虚拟地址会出现映射到同一个物理地址即相同的page,如果会是把这个page换出还是怎么处理的,如果不回映射到同一个又是怎么保证的呢,谢谢

    作者回复: 不会的

    2019-06-03
收起评论
24
返回
顶部