Глава 6. Управление памятью в Linux

6.1. Введение

Cистема управления памятью в Linux осуществляет подкачку страниц по обращению в соответствии с COPY-ON-WRITE стратегией, основанной на механизме подкачки, который поддерживается 386-м процессором. Процесс получает свои таблицы страниц от родител я (при выполнении fork()) со входами, помеченными как READ-ONLY или замещаемые. Затем, если процесс пытается писать в эту область памяти, и страница является COPY-ON-WRITE страницей, она копируется и помечается как READ-WRITE. Инструкция exec() приводит к считыванию страницы или то же самое происходит при выполнении программы. В дальнейшем процессу затруднительно получить доступ к другой странице. Каждый процесс имеет директорию страниц, что подразумевает возможность доступа к 1КВ таблиц страниц, указывающих на 1МВ 4-х килобайтных страниц, которые размещаются в 4GB памяти. Директория страниц процесса инициализируется при выполнении распараллеливания посредством copy_page_tables(). Директория страниц холостого процесса инициализируется путем выполнения инициализирующей последовательности.

Каждый пользовательский процесс имеет локальную таблицу дескриптора, которая содержит сегмент кода и сегмент данные-стек. Сегментам пользователя отводится память от 0 до 3GB(0xc0000000). В пользовательском пространстве линейные адреса (см. сноску1) и логические адреса (см.сноску2) идентичны.

--- сноска1. В процессоре 80386 значение линейного адреса лежит в пределах 0GB - 4GB. Линейный адрес указывает на область памяти в этом пространстве. Линейный адрес отличен от физического адреса, он является виртуальным.

--- сноска 2. Логический адрес состоит из селектора и смещения. Селектор указывает на сегмент, а смещение говорит о том, где размещена область внутри сегмента.

Код ядра и сегменты данных являются привилегированными сегментами, определяются в таблице глобального дескриптора и размещаются в области от 3GB до 4GB. Установлена директория страниц программы подкачки (swapper_pg_dir) и таким образом логические и физические адреса в пространстве ядра являются идентичными.

Пространство выше 3GB появляется в директории страниц процесса как указатели на таблицы страниц ядра. Эта область прозрачна для процессов в режиме пользователя, однако, планирование распределения памяти становится уместным при привилегированном режиме, например, при выполнении системного вызова.

Режим супервизора вводится внутри контекста текущего процесса, так что трансляция адреса происходит относительно каталога страниц процесса, но используя сегменты ядра. Это идентично тому, как происходит управление памятью с использованием swapper _pg_dir и сегменты ядра как и директории страниц используют те же таблицы страниц в этом пространстве.

Только task[0] (холостая задача (см.сноску 3) [Этот термин должен был быть определен ранее] ) использует swapper_pg_dir напрямую.

---сноска 3. В силу исторических причин иногда называется задача подкачки, хотя при работе Linux с подкачкой она не связана.

• Для пользовательского процесса segment_base = 0x00, page_dir для процесса своя.
• процесс пользователя выполняет системный вызов: segment_base=0xc0000000 page_dir=та же самая page _dir пользователя
• swapper_pg_dir содержит распределение памяти для всех физических страниц от 0xc0000000 до 0xc0000000 + end_mem, так что первые 768 входов в swapper_pg_dir раны 0 и затем имеются 4 или более входов, которые указывают на таблицы страниц ядра
• Директории страниц пользователя имеют те же входы, как tt swapper_pg_dir свыше 768. Первые 768 входов представляют пространство пользователя.

В результате всегда, когда линейный адрес превышает 0xc0000000, используются те же таблицы страниц ядра.

Пользовательский стек размещается на вершине сегмента данных пользователя и увеличивается вниз. Стек ядра не является точным представлением структуры данных или сегмента, относительно которой я бы мог сказать "Вы находитесь в стеке ядра". Kernel_stack_frame (страница) связывается с каждым вновь создаваемым процессом и используется всякий раз, когда ядро выполняет действия с контекстом процесса. Неприятности могут произойти, если стек ядра будет расти ниже его текущего кадра.[Где размещен стек ядра? Я знаю, что для каждого процесса существует свой стек, но где он расположен, когда процесс не используется?]

Страницы пользователя могут заниматься или замещаться. Страница пользователя отражается ниже 3GB в таблице страниц пользователя. Эта область не содержит директорий страниц или таблиц страниц. Меняются местами (замещаются) только грязные страницы.

Необходимы незначительные изменения в некоторых местах (например, контроль ограничений на память процесса), чтобы обеспечить возможность программисту определять свои сегменты.