虚拟页是虚拟内存管理的基本单位,通过虚拟页,操作系统能够实现对物理内存的抽象和高效管理
本文将深入探讨Linux中的虚拟页机制,从虚拟页的概念、内存分页机制、页框管理、高端内存管理等多个方面进行全面解析
一、虚拟页的概念 虚拟页是虚拟空间中的一页,是操作系统为进程提供的抽象内存单元
在Linux中,每个进程都有自己的虚拟地址空间,这个空间被划分为一系列固定大小的页
虚拟页的主要作用是提供一个连续、统一的内存视图,使得程序可以像访问物理内存一样访问虚拟内存,而无需关心底层的物理内存布局
二、内存分页机制 Linux的内存分页机制是实现虚拟页的基础
分页机制将虚拟地址转换为物理地址,使得进程可以访问到实际的内存单元
Linux的内存分页机制包括页目录表(Page Directory)和页表(Page Table)两个部分
1. 页目录表和页表 页目录表和页表是内存分页机制的核心
页目录表包含了一系列页表项的指针,每个页表项对应一个页表
页表则包含了虚拟页到物理页的映射关系
当一个进程访问虚拟地址时,CPU首先通过页目录表找到对应的页表,然后通过页表找到虚拟页对应的物理页
2. 线性地址的转换 线性地址的转换分为两步完成,每一步都基于一种转换表
第一步,通过页目录表将线性地址的高位部分转换为页表的地址;第二步,通过页表将线性地址的低位部分转换为物理页的地址
这种两级转换机制有效地减少了每个进程页表所需的RAM数量
三、页框管理 页框是物理内存中的基本单位,与虚拟页相对应
Linux中的页框管理涉及页框的分配、回收、映射等多个方面
1. 页框的大小 在Linux中,页框的大小通常为4KB
这个大小是内存管理的基本单位,无论是虚拟页还是物理页,都是以4KB为单位进行管理的
2. 页描述符 内核为每个页框维护一个页描述符,用于记录页框的当前状态
页描述符包含了页框的引用计数器、映射信息、状态标志等多个字段
通过页描述符,内核可以方便地管理页框的生命周期和状态
3. 内存管理区域 Linux将内存划分为三个内存管理区域:ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM
ZONE_DMA包含低于16MB的内存页框,主要用于DMA操作;ZONE_NORMAL包含高于16MB且
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