Linux存储管理与P6地址转换

"该资料是浙江大学关于LINUX存储管理的研究生课程，涵盖了P6地址转换、Linux内存管理、页面错误处理、内存映射、物理内存管理和内核内存管理等多个主题，详细讲解了从Intel P5到Nehalem架构的处理器发展以及P6内存系统的设计原理。" 在深入理解Linux存储管理之前，我们需要先了解Intel P6架构，它是Intel推出的一种全新的处理器设计，与之前的Pentium（P5）有着根本性的差异。P6引入了乱序执行和超标量操作，旨在处理服务器应用，因此对高性能内存系统有强烈需求。这一系列的处理器包括Pentium Pro、Pentium II和Pentium III，它们分别在不同年份发布并逐步增强了对多媒体指令集的支持，如MMX和Streaming SIMD Extensions，以提升并行处理能力。 P6内存系统的设计是关键所在。它由总线接口单元、DRAM、外部系统总线、指令提取单元、L1和L2缓存组成。其中，L1缓存分为指令缓存(i-cache)和数据缓存(d-cache)，而L2缓存则通过缓存总线与L1交互。这个体系结构支持32位地址空间，使用4KB的页面大小。L1缓存是4路组关联的，指令TLB有32个条目和8个集合，数据TLB则有64个条目和16个集合。这样的设计提高了缓存的效率，减少了访问主存的次数，从而提升了系统性能。 在Linux内存管理系统中，P6地址转换是重要的组成部分，它涉及到虚拟地址到物理地址的映射。Linux内存管理包括页表的维护、页面错误处理机制，以及内存映射功能，使得进程可以将虚拟地址直接映射到物理内存。物理内存管理则关注如何有效地分配和回收内存，防止内存碎片，并确保系统的稳定性。 页面错误处理是当进程试图访问的页面不在内存中时，操作系统所采取的措施。Linux会触发一个页故障异常，然后通过交换机制将所需页面从磁盘加载到内存，或者进行其他适当的处理。 此外，内核内存管理是Linux操作系统的核心部分，它负责为内核自身以及其他所有进程分配和管理内存。内核内存管理包括内核堆、slab分配器、伙伴系统等机制，确保内核能够高效、可靠地使用内存资源。 这门课程深入探讨了Linux系统下的存储管理技术，结合Intel P6架构的背景，使学生能够全面理解现代操作系统如何管理内存，以及硬件如何与之协同工作，对于理解和优化Linux系统的性能至关重要。