一，内存管理

1，操作系统的内存管理分为三部分：

• 物理内存的管理
• 虚拟内存的管理
• 虚拟地址和物理地址如何映射

2，虚拟空间分为两部分：

• 内核空间
• 用户空间

• Text segment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
• 堆动态内存分配，往高地址增长
• memory mapping segment：文件映射进内存，比如动态库
• 栈往低地址增长

总结：

1. 虚拟内存空间的管理，每个进程看到的都是独立的，互不干扰的虚拟地址空间
2. 物理内存的管理，物理内存地址只有内存管理模块能够使用
3. 内存映射，需要将虚拟内存和物理内存映射、关联起来

3，分段管理

（1）分段机制

• 虚拟地址 = 段选择子(段寄存器) + 段内偏移量
• 段选择子 = 段号(段表索引) + 标识位
• 段表 = 物理基地址 + 段界限(偏移量范围) + 特权等级

如果要访问段2中偏移量600的虚拟地址，我们可以计算出物理地址=段2的基地址2000+偏移量600=2600

（2）Linux 分段实现

 

• 段表称为段描述符表, 放在全局标识符表GDT中
• Linux 将段基地址都初始化为 0, 并没有使用段的全部功能，不用于地址映射
• Linux 分段功能主要用于权限检查

4，Linux 通过分页实现映射

• 物理内存被换分为大小固定(4KB)的页, 物理页可在内存与硬盘间换出/换入，提高内存的利用率

• 页表 = 虚拟页号 + 物理页号; 用于定位页
• 虚拟地址 = 虚拟页号 + 页内偏移

•  若采用单页表, 32位系统中一个页表将有 1M 页表项, 占用 4MB(每项 4B)
• Linux 32位系统采用两级页表: 页表目录(1K项, 10bit) + 页表(1K项, 10bit) + (页大小(4KB, 12bit))，正好对应32位
• 映射 4GB 内存理论需要 1K 个页表目录项 + 1K*1K=1M 页表项, 将占用 4KB+4MB 空间
• 因为完整的页表目录可以满足所有地址的查询, 因此页表只需在对应地址有内存分配时才生成;
• linux64 位系统采用 4 级页表

采用两级页表的好处

总结：

1. 虚拟内存空间的管理，将虚拟地址分成大小相等的页；
2. 物理内存的管理，将物理内存分成大小相等的页；
3. 内存映射，将虚拟内存和物理内存映射起来，并且在内存紧张的时候可以换出到磁盘