Linux 系统页面管理383

页表和页框

Linux 内核使用页表来管理系统的物理内存。页表是一个数据结构，其中包含将虚拟地址映射到物理地址的条目。每个条目称为页表项 (PTE)，它包含有关页面状态和位置的信息。

物理内存被划分为称为页框的连续内存块。当应用程序请求内存时，内核将连续的虚拟地址范围映射到一组连续的页框。这允许应用程序将数据存储在内存中，而无需意识到其物理位置。

页错误处理

当应用程序访问不存在于物理内存中的页面时，就会发生页错误。这可能是因为页面尚未被加载到内存中，或者页面被换出到交换空间（磁盘上的特殊区域）。

发生页错误时，内核会触发页错误处理程序。该程序负责加载请求的页面或将其换入内存。如果页面未被换出，则内核会将其从交换空间中交换回来。如果页面不存在，则内核会尝试从磁盘中读取它。

虚拟内存

虚拟内存是一种技术，它允许应用程序访问比系统物理内存更多的内存。这通过使用交换空间来实现，它是磁盘上存储未使用的页面的特殊区域。

当应用程序请求内存时，虚拟内存系统会检查请求的页面是否在物理内存中。如果不在，系统会将一些未使用的页面换出到交换空间，并用请求的页面替换它们。此过程是透明的，应用程序对交换操作不知情。

页面调度算法

页面调度算法负责决定在发生页错误时哪个页面应被换出。有许多不同的页面调度算法，每种算法都有其自身的优点和缺点。

一种常见的页面调度算法称为最少使用 (LRU) 算法。LRU 算法会跟踪每个页面的访问时间，并将最不常访问的页面换出。另一种常用的算法称为时钟置换算法。时钟置换算法将物理内存视为一个环形队列，并在环形队列中沿顺时针方向移动一个时钟指针。当需要换出页面时，时钟指针指向的页面将被换出。

内存回收

内存回收是一种技术，它允许内核回收未使用的物理内存用于其他进程。当应用程序退出或不再使用其分配的内存时，内核会将该内存标记为可回收。

内核可以主动或被动地回收内存。主动回收会定期扫描物理内存，查找未使用的页面并将其回收。被动回收会在发生页错误时才进行内存回收，此时内核会扫描最近未使用的页面并回收它们。

结论

Linux 系统页面管理是一个复杂的系统，它负责管理系统的物理内存。页表、页框和页错误处理是系统页面的核心概念。虚拟内存允许应用程序访问比系统物理内存更多的内存。页面调度算法决定了在发生页错误时哪个页面应被换出。内存回收允许内核回收未使用的物理内存用于其他进程。

2024-11-27

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