Linux0.11内核内存管理详解

"Linux011-Mem-YuanYi.pdf" 在Linux 0.11版本中，内存管理是操作系统核心的重要组成部分。该文档详细介绍了如何在386处理器的保护模式下有效地管理物理内存。保护模式允许硬件实现虚拟存储，但同时也增加了内存管理的复杂性，因为对物理地址的直接访问变得不再直接。为了管理内存，操作系统需要能够绕过保护模式下的线性地址映射机制。 在386保护模式下，线性地址通过页目录表和页表映射到物理地址，确保用户程序无法直接访问物理内存，增强了系统安全性。然而，操作系统需要直接操作物理内存来进行内存分配和管理。Linux 0.11通过一种巧妙的方法实现了这一点：让内核使用的线性地址与物理地址重合。这意味着当内核使用特定线性地址时，它实际上是在访问对应的物理地址。 在启动过程中，Linux 0.11初始化页目录表和页表，确保在切换到保护模式后能正确映射。由于linus在编写时的机器只有16MB内存，代码仅处理了这一范围的内存，并且只考虑了4GB的线性地址空间。一个页表可映射4MB物理空间，因此需要4个页表；一个页目录表可映射4GB线性空间，因此只需要1个页目录表。这些页表和页目录表被放置在特定的物理地址上，如：页目录表在0x0000，页表分别在0x1000、0x2000、0x3000和0x4000。 在代码层面，关键操作在`setup_paging`函数中，这包括对5页内存（包括页目录表和4个页表）进行清零。然后，使用`movl`指令设置页表项，将线性地址映射到物理地址，从而使内核可以直接访问物理内存。这是通过设置页表项的相应位来完成的，以确保线性地址和物理地址的一一对应。 Linux 0.11的内存管理策略是通过精心设计的页表结构和初始化过程，使得内核可以在保护模式下有效地管理和使用物理内存，同时保持系统安全。这种方法是早期Linux内核设计中的一个创新，为后来更复杂的内存管理系统奠定了基础。理解这个早期的实现对于深入学习Linux内核和内存管理原理非常有帮助。