本文主要是介绍操作系统的内存管理之虚拟空间,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
操作系统的内存管理,主要分为三个方面。
第一,物理内存的管理,相当于会议室管理员管理会议室。
第二,虚拟地址的管理,也即在项目组的视角,会议室的虚拟地址应该如何组织。
第三,虚拟地址和物理地址如何映射,也即会议室管理员如何管理映射表。
真正能够使用会议室的物理地址的,只有会议室管理部门,所有其他部门的行为涉及访问会议室的,都要统统使用虚拟地址,统统到会议室管理部门那里转换一道,才能进行统一的控制。
对于内存的访问,用户态的进程使用虚拟地址,这点毫无疑问,内核态的也基本都是使用虚拟地址。
首先,这么大的虚拟空间一切二,一部分用来放内核的东西,称为内核空间,一部分用来放进程的东西,称为用户空间。用户空间在下,在低地址,我们假设就是 0 号到 29 号会议室;内核空间在上,在高地址,我们假设是 30 号到 39 号会议室。对于普通进程来说,内核空间的那部分虽然虚拟地址在那里,但是不能访问。
我们从最低位开始排起,先是 Text Segment、Data Segment 和 BSS Segment。Text Segment 是存放二进制可执行代码的位置,Data Segment 存放静态常量,BSS Segment 存放未初始化的静态变量。
接下来是堆(Heap)段。堆是往高地址增长的,是用来动态分配内存的区域,malloc 就是在这里面分配的。
接下来的区域是 Memory Mapping Segment。这块地址可以用来把文件映射进内存用的,如果二进制的执行文件依赖于某个动态链接库,就是在这个区域里面将 so 文件映射到了内存中。
如果普通进程还想进一步访问内核空间,是没办法的,只能眼巴巴地看着。如果需要进行更高权限的工作,就需要调用系统调用,进入内核。
一旦进入了内核,就换了一种视角。刚才是普通进程的视角,觉着整个空间是它独占的,没有其他进程存在。当然另一个进程也这样认为,因为它们互相看不到对方。这也就是说,不同进程的 0 号到 29 号会议室放的东西都不一样。
但是到了内核里面,无论是从哪个进程进来的,看到的都是同一个内核空间,看到的都是同一个进程列表。虽然内核栈是各用各的,但是如果想知道的话,还是能够知道每个进程的内核栈在哪里的。所以,如果要访问一些公共的数据结构,需要进行锁保护。也就是说,不同的进程进入到内核后,进入的 30 号到 39 号会议室是同一批会议室。
内核的代码访问内核的数据结构,大部分的情况下都是使用虚拟地址的,虽然内核代码权限很大,但是能够使用的虚拟地址范围也只能在内核空间,也即内核代码访问内核数据结构。只能用 30 号到 39 号这些编号,不能用 0 到 29 号,因为这些是被进程空间占用的。而且,进程有很多个。你现在在内核,但是你不知道当前指的 0 号是哪个进程的 0 号。
此文章为10月Day31学习笔记,内容来源于极客时间《趣谈Linux操作系统》,推荐该课程。
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