关于内存管理

刚看完第八章，对内存管理好像还有点迷糊，决定还是先停下来写点东西理一理

一些个专有名词

  • 逻辑地址
  • 线性地址
  • 虚拟内存
  • 平坦模型

逻辑地址—(GDT)—>线性地址—(分页)—>物理地址

平坦模型逻辑地址 == 线性地址

全局描述符表 GDT

是保护模式下，对物理内存段进行登记的数据结构，可以做到对内存段的保护，可以向下兼容16位寻址。

段描述符是8字节大小，其中包括段基址，段界限和控制位。内存的访问使用“段基址+段内偏移地址”，如果偏移地址超过了段界限表示的限制，则抛异常。

由于历史遗留问题，段描述符数据分布很乱。

  • 进入保护模式前，为什么需要创建好描述符、选择子、GDT？这些是必要条件吗？ 是的，保护模式寻址流程：选择子——>在GDT中找到描述符——>在描述符中找到段基地址，再加上偏移量就ok了。所以必须先准备好GDT才可以在保护模式使用内存。

另外，本书学习Linux使用平坦模型，也就是说只有一个段，该段大小为4GB。段基地址为0，段界限*粒度为4GB。这4GB就是全部虚拟内存地址空间。（实际物理内存大小在bochsrc.disk中定义了是32MB）

页表

分页是CPU在设计的时候就原生支持的功能，很好地体现了软硬件发展的相互促进。

高10位为页目录项，中间10位页表索引，后12位是偏移量。

书中采用二级页表，CPU中CR3寄存器指向页目录项pde，放在了0x100000处。pde最后一个目录项指向它自己。

内核处在低端1MB内，书中把0xc0000000～0xc003fffff映射到物理地址0x0～0x3fffff上（4MB）

  • 启动分页的准备工作： 因为内核的位置发生改变，需要重新加载GDT；将各种段基地址改为3GB以上；将栈指针移到3GB以上
  • 开启分页后： 今后所有的寻址都要通过虚拟地址进行，地址的转换是CPU自动进行的，转换的规则就是位于CR3寄存器的pde和配套的pte

为什么要用虚拟内存

虚拟内存是操作系统物理内存和进程之间的中间层，它为进程隐藏了物理内存这一概念，为进程提供了更加简洁和易用的接口以及更加复杂的功能。

简单来说就是一层抽象，以前的话物理内存是多大就只能用多大，不够用憋着，没有丝毫商量的空间。有了虚拟内存，就可以假装自己内存很大，然后通过软件调度的方式动态规划内存的使用。

虚拟内存的可行性

现代计算机能提供极快的内存随机访问速度，所以即使实际地址不连续，对读取速度的影响也不大。

位图

用1bit来映射单位更大的资源，在内存管理中可以用来表示页的状态，虚拟内存和物理内存都有自己专属的位图。因为位图很小，可以塞进低端1MB内.

书中采用的策略是：虚拟地址空间用户低3GB，内核高1GB；物理内存空间用户和内核对半分，都是16MB。

内存管理

文中采用修改页表的方式分配内存，添加虚拟地址与物理地址的映射。