Linux内存管理初始化详解

"Linux内存管理系统：初始化" Linux内存管理系统是操作系统的核心组成部分，负责管理和优化系统对内存的使用。本文主要探讨了Linux内存管理系统的初始化过程，该过程分为三个关键阶段，主要涉及页内存管理、内核数据初始化以及启动分页机制。 首先，在激活页内存管理阶段，系统会初始化内核的页表，即`swapper_pg_dir`。页表是内存管理的基础，它用于将虚拟地址转换为物理地址，确保进程和内核可以有效地访问内存。在这个阶段，会为内核设置一套初始的页表结构，以便后续的内存分配和管理。 接下来，一系列与内存管理相关的内核数据结构会被初始化。这些数据结构包括页框（Page Frame）信息、空闲页列表、内存区域（Memory Zone）定义等，它们对于跟踪内存的使用情况、分配和释放内存至关重要。 然后，系统进入启动分页机制的阶段，这一过程在i386架构上通常由`TurningOnPaging(i386)`函数完成。当分页机制开启后，内核代码会被重新映射，从物理地址0x100000移动到`PAGE_OFFSET+0x100000`的位置。`PAGE_OFFSET`在IA32架构上通常是3GB，标志着用户空间和内核空间的分界。初始的页表映射包括0-8MB的物理地址和`PAGE_OFFSET-PAGE_OFFSET+8MB`的虚拟地址，确保内核代码可以正确执行。 在分页机制启动的代码中，可以看到如下关键步骤： 1. 设置`cr3`寄存器，指向页目录（`swapper_pg_dir-__PAGE_OFFSET`），这相当于设置了当前的页全局目录（PGD）。 2. 修改`cr0`寄存器，开启分页功能（设置`PG`位，即`0x80000000`）。 3. 跳转到`start_kernel`函数，确保在启用分页后，内核可以继续执行。 这里有一个重要的细节：在分页机制开启之前，`start_kernel`不会被执行，因此页表必须包含内核代码当前所在的地址，即`PAGE_OFFSET`的映射。在`head.S`中的代码实现了这一点，通过创建0-4MB的同构映射（identity mapping）以及`PAGE_OFFSET`的映射，确保了内核代码在分页启用后仍然可访问。 Linux内存管理系统的初始化是一个复杂的过程，涉及到硬件特性的配置、数据结构的初始化以及分页机制的启动。这个过程确保了内核能够正确地管理内存，为系统其他部分提供高效且可靠的内存服务。