(1)Linux 内存管理

一、Intel 处理器的发展历史

1、80386 实现页式内存管理：早期 Intel 处理器80286 用段式内存管理。发现，没页式内存管理不够，使X86系列没竞争力

2、页式作用：在段式内存映的地址上加一层地址映射

3、段式映射地址为“线性地址”（虚拟地址），不再是“物理地址”。页式 将线性地址映射成物理地址。

4、X86 逻辑地址解析过程

ps：程序用逻辑地址，「段式内存管理」转换前地址

二、Linux 用什么方式管理内存

页式内存管理，涉及段机制（历史导致，既然 CPU 硬件结构这样，Linux 内核只好服从）

事实上，Linux 内核“上有政策，下有对策”：

    1）Linux 每段都从 0 地址开始的整个 4GB 虚拟空间（32 位环境下），就是段起始地址一样的。

    2）意味Linux 、操作系统代码和应用程序代码，面对地址空间都是线性地址空间（虚拟地址），屏蔽处理器中逻辑地址，段只被用于访问控制和内存保护

三、Linux 虚拟地址空间是如何分布

1、虚拟地址内部分为内核和用户空间，不同位数系统，地址空间范围也不同。32 位和 64 位系统：

    32 位系统：内核1G，最高处，剩下3G 用户空间

    64 位系统：内核和用户空间都是 128T，分别最高/低处，中间未定义

2、内核与用户空间的区别：

    进程在用户态时，只能访问用户空间内存；

    进入内核态后，才可访问内核空间内存；    因为进程每个虚拟内存中的内核地址，关联相同物理内存

每个内核空间都一致

3、虚拟空间的划分（32 位系统用户空间）

用户空间内存，低到高7 种不同内存段：

    1）程序文件段：二进制可执行代码；

    2）已初始化数据段：静态常量；

    3）未初始化数据段：未初始化的静态变量；

    4）堆段：动态分配的内存，低地址向上增长

    5）文件映射段：动态库、共享内存等，低地址开始向上增长（跟硬件和内核版本有关）

    6）栈段：局部变量和函数调用的上下文等。栈大小是固定(一般8 MB)。系统也提供参数，以便自定义大小；

ps：4堆和5文件映射段的内存是动态分配。如，C 标准库malloc() 或mmap() ，分别在堆和文件映射段动态分配内存。

总总结结

1、进程之的内存地址相互隔离，为每进程分配虚拟地址空间，程序只关心自己虚拟地址就可以，实际虚拟地址都一样，但分布到物理地址内存不一样。

2、进程有自己虚拟空间，物理内存只有一个，启用大量进程，物理内存紧张，操作系统内存交换，不常使用的内存暂时存放到硬盘（换出），要时候再装回物理内存（换入）

3、虚拟地址「映射」到物理地址，分段和分页的方式，两者结合

4、内存分段：栈段、堆段、数据段、代码段等连续空间。每段大小不统一，导致内存碎片和交换效率低

5、于是出现内存分页，把虚拟空间和物理空间分成大小固定的页(4KB)，不会产生碎片。同时在交换时，写入硬盘一个或几个页，大大提高了内存交换效率。

6、多级页表：解决页表过大空间上问题，但导致 CPU 寻址加大时间开销(多层表参与)。于是根据局部性原理，CPU 芯片加入TLB，负责缓存最近常被访问页表项，大大提高地址转换速度。

下面是本文总结：

7、Linux 无法避免分段管理。于是把所有段的基地址设为 0，所有程序地址空间都是线性地址空间（虚拟地址），屏蔽了 CPU 逻辑地址，段只被用于访问控制和内存保护。

8、虚拟空间分为用户态和内核态，用户态的分布：代码段、全局变量、BSS、函数栈、堆内存、映射区

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