Linux内存管理与地址映射解析

"该资源为一份Linux课件，主要涵盖了Linux内存管理的多个方面，包括i386保护模式下的分段与分页机制、Linux的分页实现、线性地址空间分布以及用户和内核地址空间的划分。此外，还涉及到空闲物理内存的管理、内核内存分配接口以及共享存储的概念。课件详细讲解了Intel x86处理器的地址映射过程，并介绍了Linux在i386架构上如何进行分页转换。内容深入到页目录和页表的使用，以及Linux线性地址空间的分配策略，包括用户空间和内核空间的划分。" Linux内存管理的核心知识点包括： 1. **i386保护模式的分段与分页**：在Intel x86架构中，保护模式采用分段和分页机制来管理内存。分段通过段选择子和段内偏移来定位数据，而分页则通过页目录和页表索引来转换逻辑地址为物理地址。段描述符包含了访问特权级、段基地址等信息，而页目录和页表则用于实现线性地址到物理地址的映射。 2. **Linux分页**：Linux的分页机制基于32位的地址空间，通过页目录和页表两级结构来实现。每个线性地址可以分解为页目录索引、页表索引和页内偏移。定义了如PMD_SHIFT和PTRS_PER_PMD等宏来处理这些索引。 3. **线性地址空间分布**：4GB的线性地址空间被划分为用户空间和内核空间。用户空间从0x00000000到0xBFFFFFFF，共3GB，内核空间占据剩余的1GB，从0xC0000000开始。内核空间进一步细分为物理内存区、虚拟内存分配区、高端页面映射区、专用页面映射区和系统保留映射区。 4. **用户与内核地址空间**：用户空间和内核空间是隔离的，用户态程序不能直接访问内核地址空间。所有进程的页目录的最后部分指向内核页目录，但在某些情况下，页目录项可能不一致，这时需要通过处理页错误（page fault）事件来同步。 5. **物理内存管理**：Linux管理空闲物理内存，提供内核物理内存分配接口，确保内存的有效利用。同时，也支持共享存储，允许多个进程共享同一块物理内存，比如在动态链接库的使用中。 6. **分页机制细节**：页目录和页表中的条目包含各种标志位，如存在位、读写位、用户/核心访问位、写通位和高速缓存禁用位，以及访问计数和修改标志，用于跟踪页的状态和控制其访问权限。 7. **内存映射区域**：Linux内存管理还包括文件映射、共享库、内核代码/数据/堆栈等不同区域的映射，确保内存的有效管理和高效利用。 这份Linux课件详细介绍了Linux内存管理的基础和核心概念，对于理解和学习Linux系统编程及内核开发具有很大的帮助。