Модель памяти Linux

Операционная система Linux использует монолитный подход, при котором определяется набор примитивов или системных вызовов для реализации служб операционной системы, таких как управление процессами, параллельная работа и управление памятью, в нескольких модулях, работающих в режиме супервизора. И хотя Linux в целях совместимости поддерживает модель модуля управления сегментами (segment control unit) как символическое представление, она использует эту модель на минимальном уровне.

Основными задачами управления памятью являются:

· управление виртуальной памятью – логический уровень между запросами памяти в приложениях и физической памятью;

· управление физической памятью;

· управление виртуальной памятью на уровне ядра (модуль ядра, занимающийся распределением памяти – компонент, который пытается удовлетворить запросы к памяти). Запрос может быть выполнен из ядра или из программы пользователя;

· управление виртуальным адресным пространством;

· свопинг и кэширование.

1. Общая модель модуля управления сегментами и ее особенности в Linux.

2. Общая модель управления страницами памяти и ее особенности в Linux.

3. Физические детали области памяти.

Архитектура памяти x86

В x86-архитектуре память разделяется на три типа адресов:

Логический адрес – адрес расположения ячейки памяти, который может быть (но может и нет) связан непосредственно с физическим расположением. Логический адрес обычно используется при запросе информации из контроллера.

Линейный адрес (или линейное адресное пространство) – это память, адресация которой начинается с 0. Каждый следующий байт адресуется следующим последовательным номером (0, 1, 2, 3 и т.д.) до конца памяти. Так адресуют память большинство CPU не Intel-архитектуры. В Intel®-архитектурах используется сегментированное адресное пространство, в котором память разделяется на сегменты размером 64KB, а сегментный регистр всегда указывает на базовый адрес адресуемого сегмента. 32-битный режим в этой архитектуре рассматривается как линейное адресное пространство, но в нем тоже используются сегменты.

Физический адрес – адрес, представленный битами физической адресной шины. Физический адрес может отличаться от логического; в этом случае модуль управления памятью транслирует логический адрес в физический.

В Linux все сегментные регистры указывают на один и тот же диапазон адресов сегментов (рис.1) – другими словами, каждый использует один и тот же набор линейных адресов. Это позволяет Linux использовать ограниченное число дескрипторов сегментов, то есть, все дескрипторы могут храниться в GDT. Двумя преимуществами этой модели являются:

· управление памятью проще при использовании всеми процессами одинаковых значений сегментных регистров (когда они совместно используют одинаковый набор линейных адресов);

· может быть достигнута совместимость с большинством архитектур. Некоторые RISC-процессоры тоже поддерживают такой ограниченный метод сегментирования.

Рисунок 1. В Linux сегментные регистры указывают на один и тот же набор адресов