实验8 Linux的内存管理
【8】linux中的内存管理
4、物理地址、虚拟地址及线性地址 物理地址、 几个地址名词
物理地址： 物理地址：将主板上的物理内存条所提供的内存空间定 义为物理内存空间 物理内存空间， 义为物理内存空间，其中每个内存单元的实际地址就是 物理地址。 物理地址。 虚拟地址： 虚拟地址：将应用程序员看到的内存空间定义为虚拟地 址空间(或地址空间 其中的地址就叫虚拟地址 或地址空间)， 虚拟地址(或虚地 址空间 或地址空间 ，其中的地址就叫虚拟地址 或虚地 偏移量” 址)，分段机制下，一般用“段：偏移量”的形式来描 ，分段机制下，一般用“ 述。 线性地址：指一段连续的，范围为0到 的地址空间 的地址空间， 线性地址：指一段连续的，范围为 到n的地址空间，一 个线性地址就是线性地址空间的一个绝对地址。 个线性地址就是线性地址空间的一个绝对地址。
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关于内核源码学习
系统实现的具体细节最终落到源代码上。从理解运行机制出发， 系统实现的具体细节最终落到源代码上。从理解运行机制出发，分 析各种数据结构。在理论明了、有一定的程序基础后再阅读梳理代码， 析各种数据结构。在理论明了、有一定的程序基础后再阅读梳理代码，这 是需要反复且花功夫的一件事。 是需要反复且花功夫的一件事。 阅读工具 帮助追踪复制调用， 帮助追踪复制调用，数据结构定义等 windows环境下利用 环境下利用Source windows环境下利用Source Insight linux环境下利用 环境下利用lxr(linux reference)或glimpse等 linux环境下利用lxr(linux cross reference)或glimpse等 阅读顺序 一般按顺序阅读启动代码；然后进行专题阅读，如进程部分， 一般按顺序阅读启动代码；然后进行专题阅读，如进程部分，内存 管理部分等。在每个功能函数内部应该一步步来。OK，感兴趣的话， 管理部分等。在每个功能函数内部应该一步步来。OK，感兴趣的话，反复 读。 纵向：顺着程序的执行顺序逐步进行。 纵向：顺着程序的执行顺序逐步进行。 横向： 横向：分模块进行 划分不是绝对的， 划分不是绝对的，而是经常结合在一起进行 Linux的启动 顺着linux的启动顺序读，大致流程如下（ X86平台 的启动： linux的启动顺序读 Linux的启动：顺着linux的启动顺序读，大致流程如下（以X86平台 为例）： 为例）： ./arch/x86/boot/bootSect.S ./arch/x86/boot/setup.S ./arch/x86/kernel/head.S ./init/main.c中的 中的start_kernel() ./init/main.c中的start_kernel() 对于内存管理等部分，可以单独拿出来按模块进行阅读分析。 对于内存管理等部分，可以单独拿出来按模块进行阅读分析。 参考书——《LINUX内核源代码情景分析》 《LINUX内核源代码情景分析》 参考书 内核源代码情景分析
操作系统第8章 操作系统实验
8.5.3 实验准备
1. Linux模块概述 2. 设备驱动程序的设计 3. 参考程序的分析
8.6 文件系统实验
8.6.1 实验内容
以root身份登录系统后，练习常用Linux文件操作命令以及 学习文件系统的装卸。
第8章 操作系统实验
内容提要
本教材以Linux操作系统为平台，通过它提供的键盘控制命令 了解操作系统的功能；通过它提供的系统调用命令实现进程 （线程）的同步与互斥、进程的通信、设备的管理等操作，从 而理解操作系统的工作原理。
本实验平台使用Red Hat Linux 9.0，并且使用文本操作界面。 实验内容包括Linux系统基本操作、进程通信、进程同步与互斥、 生产者与消费者、存储管理、设备管理、文件系统等实验。本 教材提供的实验同样适用于其他版本的Linux。
8.3 进程的同步与互斥实验
8.3.1 实验内容
1. 利用POSIX标准的pthread线程库创建五个线程，实现这 五个线程之间的互斥地访问数组N。这五个线程分别标识为0、 1、2、3、4，线程i的工作可描述如下： (1) 线程i休息一段时间，i可以是五个线程之一。 (2) 使N[i]加1，N[i]记录线程i进入临界区的次数。 (3) 使N[5]加1，记录这五个线程的进入临界区的总次数。 (4) 转(1)。 2. 利用POSIX标准的pthread线程库创建两个线程，实现这 两个线程之间的同步共享变量buffer（相当于一个缓冲区）。其 中一个线程产生一个随机数保存的变量buffer中，另一个线程将 该随机数打印出来。
第8章 操作系统实验
教学目标
通过本实验使学生理解操作系统的功能，掌握进程 （线程）的同步与互斥、进程的通信、设备的管理、文 件系统的实现原理，从而掌握操作系统的概念和原理。
(完整word版)Linux操作系统实验报告 存储管理试验
(3)实现FIFO页面淘汰算法。
(4)实现页故障率反馈模型。
2、实验目的与要求
①(1)用C语言是实现模拟Linux系统中连续内存分配用到的伙伴对算法。
(2)通过链表的形式输出在内存申请和释放过程中内存状态的对比图。
②(1)了解工作集模型的原理及其特点。
printmem();
}
int power(int x,int y){
int k=0,tmp=1;
for(;k<y;k++){
tmp=tmp*x;
}
return tmp;
}
int root(int x,int y){
int result=y,count=0;
while(result!=1){
result=result/x;
merge(tempId,merger);
}else {
return 0;
}
return 1;
}else {
second=second->next;
isFirst++;
}
}
return 1;
}
int freeb(int size){
block * first=(struct block *)malloc(sizeof(struct block));
if((second->start==nextStart || second->start==preStart) && second->loc==0){
merger->size=(first->size)+(second->size);
Linux内存管理
内存管理，不用多说，言简意赅。
在内核里分配内存还真不是件容易的事情，根本上是因为内核不能想用户空间那样奢侈的使用内存。
先来说说内存管理。
内核把物理页作为内存管理的基本单位。
尽管处理器的最小可寻址单位通常是字，但是，内存管理单元MMU通常以页为单位进行处理。
因此，从虚拟内存的交代来看，页就是最小单位。
内核用struct page(linux/mm.h)结构表示系统中的每个物理页:?123 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 Structpage {unsignedlongflags;atomic_t count;unsignedintmapcount;unsignedlongprivate;structaddress_space *mapping;pgoff_t index;structlist_headlru;union{structpte_chain;pte_addr_t;}void*virtual;};flag用来存放页的状态，每一位代表一种状态，所以至少可以同时表示出32中不同的状态,这些状态定义在linux/page-flags.h中。
count记录了该页被引用了多少次。
mapping 指向与该页相关的address_space对象。
virtual是页的虚拟地址，它就是页在虚拟内存中的地址。
要理解的一点是page结构与物理页相关，而并非与虚拟页相关。
因此，该结构对页的描述是短暂的。
内核仅仅用这个结构来描述当前时刻在相关的物理页中存放的东西。
这种数据结构的目的在于描述物理内存本身，而不是描述包含在其中的数据。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14spinlock_t lock;unsignedlong free_pages;unsignedlong pages_min, pages_low, pages_high;unsignedlong protection[MAX_NR_ZONES];spinlock_t lru_lock;structlist_head active_list;structlist_head inactive_list;unsignedlong nr_scan_active;unsignedlong nr_scan_inactive;unsigned long nr_active;unsigned long nr_inactive;int all_unreclaimable;unsigned long pages_scanned;15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27structfree_area free_area[MAX_ORDER];wait_queue_head_t * wait_table;unsigned long wait_table_size;unsigned long wait_table_bits;structper_cpu_pageset pageset[NR_CPUS];structpglist_data *zone_pgdat;structpage *zone_mem_map;unsigned long zone_start_pfn;char *name;unsigned long spanned_pages;unsigned long present_pages;}; 其中的lock 域是一个自旋锁，这个域只保护结构，而不是保护驻留在这个区中的所有页。
Linux内存管理报告
Linux内存管理实验一、实验内容：1.利用boches 观测linux0.11 下的GDT 表和LDT 表内容。
2.利用bochs 观测linux0.11 下的内存地址映射过程以及分页机制的实现。
3.利用bochs修改虚拟地址所对应的物理内存中存放的数值，观测程序运行情况的变化。
二、Linux内存管理机制分析1. 物理内存使用划分：为了有效使用物理内存，Linux将内存划分为几个功能区域，其中包括：内核模块区，高速缓冲区，主内存区，如下图：2.地址映射：逻辑地址：该地址是指由程序产生并与代码段相关的偏移地址，分段分页机制对于程序员是透明的，程序员仅需和逻辑地址打交道。
线性地址：是指由逻辑地址到物理地址之间变换的中间层地址。
程序代码会产生逻辑地址（即段内偏移地址），加上相应的段基址就产生了一个线性地址。
若启用分页机制，那么线性地址还要经过一系列变换生成物理地址，若没有启用分页机制，则线性地址就是物理地址（在实地址模式下，线性地址就是物理地址，但是线性地址加大了系统的不安全因素）。
物理地址：是指出现在cpu外部地址总线上的寻址物理内存的地址信号，即地址变换的最终结果。
当采用分页机制时，线性地址通过页目录，页表中的项来变换成物理地址，否则线性地址就直接是物理地址。
3. 段描述符和段选择符：段描述符：i386虚模式下的地址是32位，而段寄存器却只有16位，因此处理器要求系统在内存中创建一系列的表来存放每个段的首地址。
这些表中的内容用来描述一个段的信息，因此这些表叫段描述符表，包括（GDT：全局描述符表，LDT：局部描述符表，IDT：中断描述符表）表中的内容就称为段描述符。
而程序的逻辑地址就是用段和段内的偏移地址表示。
在linux中，程序的逻辑地址到线性地址的变换就是使用了cpu的全局描述符表GDT和局部描述符表LDT。
由GDT映射的地址空间称为全局地址空间，由LDT 映射的地址空间称为局部地址空间，其中LDT是GDT的二级表，即GDT 中存储了LDT的地址。
linux内存管理
第三章存储管理存储管理子系统时操作系统中最重要的组成部分之一。
在早期计算时代，由于人们所需要的内存数目远远大于物理内存，人们设计出了各种各样的策略来解决此问题，其中最成功的是虚拟内存技术。
它使得系统中为有限物理内存竞争的进程所需内存空间得到满足。
虚拟内存技术不仅仅可让我们可以使用更多的内存，它还提供了以下功能：巨大的寻址空间操作系统让系统看上去有比实际内存大得多的内存空间。
虚拟内存可以是系统中实际物理空间的许多倍。
每个进程运行在其独立的虚拟地址空间中。
这些虚拟空间相互之间都完全隔离开来，所以进程间不会互相影响。
同时，硬件虚拟内存机构可以将内存的某些区域设置成不可写。
这样可以保护代码与数据不会受恶意程序的干扰。
内存映射内存映射技术可以将映象文件和数据文件直接映射到进程的地址空间。
在内存映射中，文件的内容被直接连接到进程虚拟地址空间上。
公平的物理内存分配内存管理子系统允许系统中每个运行的进程公平地共享系统中的物理内存。
共享虚拟内存尽管虚拟内存允许进程有其独立的虚拟地址空间，但有时也需要在进程之间共享内存。
例如有可能系统中有几个进程同时运行BASH命令外壳程序。
为了避免在每个进程的虚拟内存空间内都存在BASH程序的拷贝，较好的解决办法是系统物理内存中只存在一份BASH的拷贝并在多个进程间共享。
动态库则是另外一种进程间共享执行代码的方式。
共享内存可用来作为进程间通讯(IPC)的手段，多个进程通过共享内存来交换信息。
Linux支持SYSTEM V的共享内存IPC机制。
3.1 虚拟内存的抽象模型图3.1 虚拟地址到物理地址映射的抽象模型在讨论Linux是如何具体实现对虚拟内存的支持前，有必要看一下更简单的抽象模型。
在处理器执行程序时需要将其从内存中读出再进行指令解码。
在指令解码之前它必须向内存中某个位置取出或者存入某个值。
然后执行此指令并指向程序中下一条指令。
在此过程中处理器必须频繁访问内存，要么取指取数，要么存储数据。
Linux内存管理实验概要
Linux内存管理实验一、实验目的1. 通过在Linux环境下对内存管理的基本操作，感性认识Linux如何对内存进行管理。
2. 利用readelf和objdump观测linux下的内存地址映射过程以及进程的虚拟地址空间。
二、实验内容与要求(1)按照实验内容完成实验操作步骤，学习内存管理中的一些常用命令(2)理解linux中逻辑地址、线性地址的概念。
三、实验步骤与测试实验一free命令显示显示内存的使用情况(使用的和空闲的)，包括物理内存、交换区内存、内核缓冲区内存。
不包括共享内存。
free命令默认选项为-k语法:free [-bkmotV] [-s <间隔秒数>]选项介绍:-b: 以Byte为单位显示内存使用情况;-k: 以KB为单位显示内存使用情况;-m: 以MB为单位显示内存使用情况;-o: 不显示缓冲区调节列;-s<间隔秒数>: 每间隔指定时间执行一次free命令;-t: 显示内存总和列;-V: 显示版本信息;（1）free -k: 以KB为单位显示内存使用情况;解释：total: 内存总量: 3355508(k)used: 已经使用的内存量: 490664(k)free: 空闲的内存量: 2864844(k)shared: 当前已经废弃不用，总量是0(k)buffers: 25164（k)Buffer Cache内存量: 263480(k)cached: Page Cache内存量: 21436(k)（2）free –m -s 5:以M为单位，5秒显示以下内存信息解释：以上为每隔5秒显示内存信息，由以上图可知：两次内存使用情况没有变化。
（3）free -o: 不显示缓冲区调节列;解释：由以上可知Buffer Cache这一列没有显示出来。
（4）free -t: 显示内存总和列;解释：如上所示，内存总和是3355508(k)，内存已使用为491408(k)，内存空闲为2864100(k)。
实验8 Linux的内存管理
4.使用Linux命令回收内存 使用Linux命令回收内存
可以用ps,kill两个命令检测内存使用 可以用ps,kill两个命令检测内存使用 情况和进行回收.使用超级用户权限时, 情况和进行回收.使用超级用户权限时,用 命令"ps"可列出所有正在运行的程序名称和 命令"ps"可列出所有正在运行的程序名称和 对应的进程号(PID). 命令的工作原理 ).kill 对应的进程号(PID).kill命令的工作原理 是向Linux操作系统的内核送出一个系统操 是向Linux操作系统的内核送出一个系统操 作信号和程序的进程号(PID). 作信号和程序的进程号(PID). 以下例子说明如何用命令ps和参数 和参数v 以下例子说明如何用命令ps和参数v来 高效率回收内存: 高效率回收内存:
1.实时监控内存使用情况 (1)在命令行用"free"命令监控内存使 在命令行用" 用情况
在提示符后输入命令free:# 在提示符后输入命令free:#free :#free 表8-1所示为输出情况. 所示为输出情况.
表8-1
一个256MB的RAM和512MB交换空间的系统情况 的 一个 和 交换空间的系统情况
(2)内存泄漏的危害
从用户使用程序的角度来看, 从用户使用程序的角度来看,内存泄漏本身 不会产生什么危害.作为一般的用户, 不会产生什么危害.作为一般的用户,根本感觉不 到内存泄漏的存在. 到内存泄漏的存在.真正有危害的是内存泄漏的堆 这会最终耗尽系统所有的内存. 积,这会最终耗尽系统所有的内存.从这个角度来 说,一次性内存泄漏没有什么危害,因为它不会堆 一次性内存泄漏没有什么危害, 隐式内存泄漏危害性则非常大, 积.隐式内存泄漏危害性则非常大,因为较之于常 发性和偶发性内存泄漏,它更难被检测到. 发性和偶发性内存泄漏,它更难被检测到.存在内 存泄漏问题的程序除了会占用更多的内存外, 存泄漏问题的程序除了会占用更多的内存外,还会 使程序的性能急剧下降.对于服务器而言, 使程序的性能急剧下降.对于服务器而言,如果出 现这种情况,即使系统不崩溃,也会严重影响使用. 现这种情况,即使系统不崩溃,也会严重影响使用.