Linux操作系统中的虚拟地址与物理地址管理

本资源主要介绍了Linux操作系统中的存储管理机制，包括地址空间的概念、物理与虚拟地址的区别以及Linux系统中虚拟地址的划分。 在计算机系统中，存储管理是操作系统的重要组成部分，它负责管理和调度系统的内存资源，确保程序的高效运行和数据的安全存储。在Linux系统中，存储管理涉及到对内存的分配、回收、地址转换等多个方面。 地址空间是内存管理的基础，分为物理地址空间和逻辑（虚拟）地址空间。物理地址空间是指实际内存中的位置，而逻辑地址空间则是应用程序看到的内存地址，也称为虚拟地址空间。逻辑地址与物理地址之间的转换由CPU中的内存管理单元（MMU）协同内核来完成。MMU根据内核设定的映射规则，将每个进程的虚拟页面映射到相应的物理页面，这样每个进程都有自己独立的虚拟地址空间，即使它们可能共享相同的物理内存。 在Linux系统中，每个用户进程都有4GB的线性虚拟内存空间。这个空间被划分为两个部分：0到3GB的地址空间属于用户空间，用户进程可以直接访问；3GB到4GB的地址空间属于核心态空间，这部分仅对内核代码开放，用户态进程无法直接访问。这种设计保证了用户程序不能直接操作内核数据，增强了系统的安全性。 在核心态空间中，从3GB到3GB+4MB的区域通常用于存放内核代码和数据，这部分对于所有进程来说是共享的，意味着所有内核态进程使用相同的页目录项和页表，映射到相同的物理内存段，从而实现内核代码和数据的共享，提高了效率。 此外，Linux还采用了内存分页技术，将内存划分为固定大小的页，以便更高效地进行内存管理和地址转换。每个进程的虚拟内存被组织成页目录和页表的形式，MMU通过这些页表快速找到对应的物理页，实现了虚拟地址到物理地址的动态映射。 Linux存储管理的核心在于通过虚拟地址空间和MMU机制，提供了一个安全、高效的内存环境，使得用户进程和内核可以独立且安全地使用内存资源，同时通过内存分页和映射策略优化了内存的使用效率。