Linux内核中的线性地址空间管理

本资源是一份关于Linux内存管理分析的《计算机操作系统》课程设计报告，主要探讨了Linux操作系统的内存管理机制，包括物理内存的分配策略、线性地址空间的使用与分配，以及写时复制（copy-on-write）机制的实现。 在Linux内存管理中，物理内存的管理和分配策略是至关重要的。Linux操作系统采用分页的方式来管理内存，将物理内存划分为固定大小的页，通常是4096字节。这种方式允许操作系统更高效地分配和回收内存，同时能够提供内存保护，防止一个进程访问其他进程的内存空间。 线性地址，又称虚拟地址，是在32位系统中可以表示4GB地址空间的地址形式。在Linux中，无论是内核空间还是用户空间，都使用线性地址进行内存访问。线性地址在实际访问物理内存之前，需要通过页表进行地址转换。这是因为线性地址并不直接对应物理内存地址，而是通过一种映射关系来实现。这种映射允许操作系统动态地调整内存布局，支持内存的共享和保护。 在Intel 80386系统中，CPU提供了4GB的线性地址空间。在Linux 0.11内核中，通过全局描述符表（GDT）来管理这些地址，每个进程的线性地址空间被划分为64MB的段。尽管系统理论上可以支持大量任务，但在0.11内核中，任务数被限制为64个，每个任务的线性地址空间为64MB，并且这些空间在地址空间中是连续分布的。 写时复制（copy-on-write）是一种优化内存使用的技术。当多个进程共享同一块内存时，它们实际上都引用的是同一副本，只有在其中一个进程尝试修改时，才会复制出一份私有的副本。这样可以有效减少内存的消耗，直到真正需要修改数据时才分配额外的物理内存。 这个课程设计深入分析了Linux内存管理的各个方面，包括物理内存的分页管理、线性地址的使用和分配策略，以及通过写时复制实现的内存共享优化。通过这样的学习，学生可以更好地理解操作系统如何在有限的物理内存条件下，有效地管理和调度内存资源，以支持多任务并行运行。