深入理解Linux内存管理：同济大学PPT解析

“Linux内存管理（同济大学PPT）——深入剖析Linux内存管理原理与映射机制，适合有一定硬件基础的学习者” 本文将深入探讨Linux内存管理的相关知识，包括i386存储管理单元的工作原理、Linux的存储管理思想、物理内存空间管理、进程虚拟空间管理、页机制、交换空间管理和缓冲机制。 首先，我们来看i386架构下的存储管理单元（MMU）。MMU的主要职责是进行虚地址到物理地址的转换，使得处理器可以访问实际的内存。在80386处理器中，MMU采用了两级地址转换机制：分段机制和分页机制。分段机制用于逻辑分区，而分页机制则更适合支持虚拟存储器。 在i386的存储管理单元中，分段机制是核心部分。每个段由一个8字节的段描述符定义，包含了段的基地址、界限和保护属性。段描述符存储在段描述符表中，有全局描述符表（GDT）、局部描述符表（LDT）和中断描述符表。GDT包含系统中所有任务可用的描述符，LDT则与特定任务相关，每个任务有自己的LDT。段选择器（即段寄存器）在实模式下存储真实段地址，在保护模式下作为索引，用于选择GDT或LDT中的描述符。 分页机制是Linux内存管理的另一个关键组件。它将内存划分为固定大小的页，便于管理和交换。在80386中，粒度位（G）决定了段的长度，G=0时以字节为单位，最大1MB；G=1时以4KB页为单位，最大4GB。通过这种方式，Linux可以高效地管理内存，实现虚拟地址到物理地址的映射。 Linux的内存管理思想强调效率和灵活性。物理内存空间管理涉及如何分配和回收内存，以及如何避免内存碎片。进程虚拟空间管理则为每个进程提供独立的、连续的虚拟地址空间，即使实际内存是分散的。页机制负责在虚拟地址和物理地址之间建立映射，并处理页故障（页缺失），这通常触发页面交换，将不常使用的页从内存换出到磁盘的交换空间。 交换空间管理是当物理内存不足时，将内存中的部分数据写入交换文件，释放物理内存供其他进程使用。缓冲机制则是为了提高I/O效率，通过缓存最近访问过的数据，减少磁盘访问次数。 Linux内存管理是一个复杂而精细的系统，它结合了硬件特性（如MMU和分页机制）和软件策略（如虚拟地址空间和交换空间），以优化系统的性能和资源利用率。对于希望深入理解Linux内核和系统性能优化的开发者来说，掌握这些知识至关重要。