对于精通 CURD 的业务同学，内存管理好像离我们很远，但这个知识点虽然冷门（估计很多人学完根本就没机会用上）但绝对是基础中的基础。
上一节内容的学习我们知道了CPU是如何访问内存的，CPU拿到内存后就可以向其它人（kernel的其它模块、内核线程、用户空间进程、等等）提供服务，主要包括： 以虚拟地址（VA）的形式，为应用程序提供远大于物理内存的虚拟地址空间（Virtual Address Space） 每个进程都有独立的虚拟地址空间，不会相互影响，进而可提供非常好的内存保护（memory protection） 提供内存映射（Memory Mapping）机制，以便把物理内存、I/O空间、Kernel Image、文件等对象映射到相应进
上一节内容的学习我们知道了CPU是如何访问内存的，CPU拿到内存后就可以向其它人（kernel的其它模块、内核线程、用户空间进程、等等）提供服务，主要包括：
我们知道程序代码和数据必须驻留在内存中才能得以运行，然而系统内存数量很有限，往往不能容纳一个完整程序的所有代码和数据，更何况在多任务系统中，可能需要同时打开子处理程序，画图程序，浏览器等很多任务，想让内存驻留所有这些程序显然不太可能。因此首先能想到的就是将程序分割成小份，只让当前系统运行它所有需要的那部分留在内存，其它部分都留在硬盘。当系统处理完当前任务片段后，再从外存中调入下一个待运行的任务片段。的确，老式系统就是这样处理大任务的，而且这个工作是由程序员自行完成。但是随着程序语言越来越高级，程序员对系统体系的依赖程度降低了，很少有程序员能非常清楚的驾驭系统体系，因此放手让程序员负责将程序片段化和按需调入轻则降低效率，重则使得机器崩溃;再一个原因是随着程序越来越丰富，程序的行为几乎无法准确预测，程序员自己都很难判断下一步需要载入哪段程序。因此很难再靠预见性来静态分配固定大小的内存，然后再机械地轮换程序片进入内存执行。系统必须采取一种能按需分配而不需要程序员干预的新技术。
前两篇文章，我们一起学习了 8086 处理器中关于 CPU、内存的基本使用方式，重点对段寄存器和内存的寻址方式进行了介绍。
虚拟内存是实现分段和分页的关键所在，而分段和分页是操作系统管理内存的两个核心机制。
Linux的内存管理分为 虚拟内存管理 和 物理内存管理，本文主要介绍 虚拟内存管理 的原理和实现。在介绍 虚拟内存管理 前，首先介绍一下 x86 CPU 内存寻址的具体过程。
本系列是对 陈莉君 老师 Linux 内核分析与应用[1] 的学习与记录。讲的非常之好，推荐观看
在存储器里以字节为单位存储信息，为正确地存放或取得信息，每一个字节单元给以一个唯一的存储器地址，称为物理地址（Physical Address），又叫实际地址或绝对地址。
内存管理的必要性 很早之前计算机只能运行单个进程，就算运行批处理程序，也是棑好对，一个一个的进行处理，不存在多个进程并发运行，这时候内核对于内存管理相对比较简单，直接把物理内存地址拿过来是使用即可。 随着计算机演进，支持多进程的OS,多个进程都都使用同一个物理地址空间，很容易多个进程之间相互干扰而引起进程的不可预期的行为。为了解决这个问题，CPU中的MMU(内存管理单元)引入了虚拟地址空间。以32位操作系统经为例，每个进程都可以拥有4G的寻址空间，当进程需要内存时候，通过转换技术和虚拟地址进行关联。MMU通
该文介绍了Linux系统编程中进程地址空间的基本概念和详细说明。包括分段机制、虚拟地址、分页机制、环境变量、命令行参数、栈、共享库和mmap内存映射区等。
操作系统用于处理内存访问异常的入口操作系统的核心任务是对系统资源的管理，而重中之重的是对CPU和内存的管理。为了使进程摆脱系统内存的制约，用户进程运行在虚拟内存之上，每个用户进程都拥有完整的虚拟地址空间，互不干涉。而实现虚拟内存的关键就在于建立虚拟地址(Virtual Address,VA)与物理地址(Physical Address,PA)之间的关系，因为无论如何数据终究要存储到物理内存中才能被记录下来。
之前写了两篇详细分析 Linux 内存管理的文章，读者好评如潮。但由于是分开两篇来写，而这两篇内容其实是有很强关联的，有读者反馈没有看到另一篇读起来不够不连贯，为方便阅读这次特意把两篇整合在一起，看这一篇就够了！
常见的内存分配函数有malloc，mmap等，但大家有没有想过，这些函数在内核中是怎么实现的？换句话说，Linux内核的内存管理是怎么实现的？
有了这个基本框架，我们对于语言的学习更加易于理解，但是地址空间究竟是什么❓我们对其并不了解，是不是内存呢？对于是什么这个问题，我们需要通过一个例子来进行切入，见一见现象
程序到运行主要经过程序（外存）编译，链接，装入(内存)。《程序如何运行：编译、链接、装》:
现在的服务器大部分都是运行在Linux上面的，所以，作为一个程序员有必要简单地了解一下系统是如何运行的。对于内存部分需要知道： 地址映射 内存管理的方式 缺页异常 先来看一些基本的知识，在进程看来，内
现在的服务器大部分都是运行在Linux上面的，所以，作为一个程序员有必要简单地了解一下系统是如何运行的。对于内存部分需要知道：
操作系统确实是比较难啃的一门课，至少我认为比计算机网络难太多了，但它的重要性就不用我多说了。
本文涉及的硬件平台是X86，如果是其他平台的话，如ARM，是会使用到MMU，但是没有使用到分段机制； 最近在学习Linux内核，读到《深入理解Linux内核》的内存寻址一章。原本以为自己对分段分页机制已经理解了，结果发现其实是一知半解。于是，查找了很多资料，最终理顺了内存寻址的知识。现在把我的理解记录下来，希望对内核学习者有一定帮助，也希望大家指出错误之处。
在虚拟内存中，页表是个映射表的概念, 即从进程能理解的线性地址(linear address)映射到存储器上的物理地址(phisical address).
过去，CPU的地址总线只有32位， 32的地址总线无论是从逻辑上还是从物理上都只能描述4G的地址空间（232=4Gbit），在物理上理论上最多拥有4G内存（除了IO地址空间，实际内存容量小于4G），逻辑空间也只能描述4G的线性地址空间。
linux驱动程序一般工作在内核空间，但也可以工作在用户空间。下面我们将详细解析，什么是内核空间，什么是用户空间，以及如何判断他们。 Linux简化了分段机制，使得虚拟地址与线性地址总是一致，因此，Linux的虚拟地址空间也为0～4G。Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。将最高的1G字节（从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF），供内核使用，称为“内核空间”。而将较低的3G字节（从虚拟地址 0x00000000到0xBFFFFFFF），供各个进程使用，称为“用户空间）。因为每个进程可以通过系统调用进入内核，因此，Linux内核由系统内的所有进程共享。于是，从具体进程的角度来看，每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。 Linux使用两级保护机制：0级供内核使用，3级供用户程序使用。从图中可以看出（这里无法表示图），每个进程有各自的私有用户空间（0～3G），这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB字节虚拟内核空间则为所有进程以及内核所共享。 内核空间中存放的是内核代码和数据，而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间，它们都处于虚拟空间中。 虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节，但映射到物理内存却总是从最低地址（0x00000000）开始。对内核空间来说，其地址映射是很简单的线性映射，0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量，在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。 内核空间和用户空间之间如何进行通讯？ 内核空间和用户空间一般通过系统调用进行通信。 如何判断一个驱动是用户模式驱动还是内核模式驱动？ 判断的标准是什么？ 用户空间模式的驱动一般通过系统调用来完成对硬件的访问，如通过系统调用将驱动的io空间映射到用户空间等。因此，主要的判断依据就是系统调用。 内核空间和用户空间上不同太多了，说不完，比如用户态的链表和内核链表不一样；用户态用printf，内核态用printk；用户态每个应用程序空间是虚拟的，相对独立的，内核态中却不是独立的，所以编程要非常小心。等等。 还有用户态和内核态程序通讯的方法很多，不单单是系统调用，实际上系统调用是个不好的选择，因为需要系统调用号，这个需要统一分配。 可以通过ioctl、sysfs、proc等来完成。
随着cpu技术发展，现在大部分移动设备、PC、服务器都已经使用上64bit的CPU，但是关于Linux内核的虚拟内存管理，还停留在历史的用户态与内核态虚拟内存3:1的观念中，导致在解决一些内存问题时存在误解。
之前写过一篇《CPU是如何访问内存的？》的文章，简单介绍了cpu访问内存的过程。有了之前的感性认识，这篇站在arm的角度再深度讲解一下，看完你会发现不理解arm原理就直接撸内核代码简直是耍流氓。
基于前言中的内核配置，内核采用39位虚拟地址，因此可寻址范围为2^39 = 512G,采用(linux 默认为五级页表，另外还有PUD,P4D，由于本文只配置三级，其他两项不予罗列)3级页表结构，分别为:
虚拟内存是一种操作系统提供的机制，用于将每个进程分配的独立的虚拟地址空间映射到实际的物理内存地址空间上。通过使用虚拟内存，操作系统可以有效地解决多个应用程序直接操作物理内存可能引发的冲突问题。
每一个进程都有一张段表LDT。整个系统有一张GDT表。且整个系统仅仅有一个总页表。
内存管理无疑是操作系统最重要的工作之一，本文我们就来详细介绍一下操作系统是如何管理内存的，分段、分页机制又是什么，线性地址、逻辑地址、物理地址、虚拟地址分别指的又是什么。
目前我们已进入保护模式,但依然会受到限制,虽然地址空间达到了4GB,但此空间是包括操作系统共享的4GB空间，我们把段基址+段内偏移地址称为线性地址，线性地址是唯一的，只属于某一个进程。在我们机器上即使只有512MB的内存，每个进程自己的内存空间也是4GB，这是指的虚拟内存空间。一直以来我们都是在内存分段机制下工作的，该模式下如果系统里面的应用程序过多，或者内存碎片过多无法容纳新的进程，则可能会出现进程需要等待，或无法直接运行的局面，而内存分页机制，理论上只要4KB内存就可以让程序运行下去。
我们可以通过ring3的段寄存器. 当作GDT表的下标.进行查表. 查询GDT表.
学习Linux系统编程一共要翻越三座大山 – 进程地址空间、文件系统以及多线程，这三部分内容很难但是非常重要；而今天我们将要征服的就是其中的第一座高山 – 进程地址空间。
在引入虚拟地址概念以后，程序员和CPU看到的都是虚拟地址。当CPU尝试去访问某个虚拟地址的时候，这时候硬件单元MMU就会将此虚拟地址转化为物理地址，然后CPU再去访问。
摘 要：本文通过解剖Linux操作系统的虚拟存储管理机制，说明了Linux虚拟存储的特点、虚拟存储器的实现方法，并基于Linux Kernel Source 1.0，详细分析有关虚拟存诸管理的主要数据结构之间的关系。
进入了线程这部分内容，我们需要了解更多的知识，大体就是线程概念，线程与进程的区别和联系、线程控制、线程创建、线程终止、线程等待、线程分离、线程安全、线程同步，除此之外我们还得学习互斥量、条件变量、POSIX信号量以及读写锁，最后我们还会介绍一些关于多进程的设计模式比如单例模式等，然后还会了解一下线程池的概念！
Linux操作系统概述 Q1.什么是GNU？Linux与GNU有什么关系？ A： 1)GNU是GNU is Not Unix的递归缩写，是自由软件基金会(Free Software Foundation，FSF)的一个项目，该项目已经开发了许多高质量的编程工具，包括emacs编辑器、著名的GNU C和C++编译器(gcc和g++)； 2)Linux的开发使用了许多GNU工具，Linux系统上用于实现POSIX.2标准的工具几乎都是由GNU项目开发的；Linux内核、GNU工具以及其它一些自由软件组成
实模式是有很大弊端的，首先，直接操作物理内存，这样的话每次只能运行一个程序，并且不安全；另外，内存最大使用到1M，限制太大。
!dd 加上!, ! dd 物理地址 专门用于显示物理地址的.
free命令用于显示系统内存使用情况，包括物理内存（Physical Memory）、虚拟内存（Swap Memory）、共享内存（Shared Memory）以及内核使用的缓冲（Buffers）与缓存（Cached）大小。在Linux系统监控的工具中，free命令是最经常使用的命令之一。
假设有一个富翁，私生子比较多，但是彼此不知道各自的存在 大富翁给A花了大饼，说等他死后，10亿家产都是A的，同样的大饼大富翁也给B、C、D画上了， A 、B、C、D四个人都认为大富翁死后自己继承10亿家产 A找到大富翁，想要5万块买个表，大富翁答应了 D打电话给大富翁说想要5亿美金，摆平社会上的事，大富翁拒绝了 无论是A要到了，还是D没要到，每一个人依旧认为未来自己一定会具有10亿美金 大富翁给每一个人画的饼叫做 进程地址空间
GDT在内存中的地址和大小存放在CPU的gdtr控制寄存器中，而LDT则在ldtr寄存器中。
能否站在程序员的视角看来，程序分段存放在内存上的模样是连续的，但是站在物理内存视角看来，却是分页管理的呢？
所有程序共享内存资源，这容易造成很多问题。虚拟内存用于管理内存，协调各程序之间的内存占用和释放，但对程序来说无感知。 物理寻址流程：CPU 执行加载指令时，生成一个物理地址，通过内存总线传递给主存。主存取出物理地址对应的内存，并返回给 CPU，CPU 将其存放在寄存器中 虚拟寻址流程：CPU 执行加载指令时，生成一个虚拟地址，通过内存总线传递给主存，主存将其转换成物理地址。主存取出物理地址对应的内存，并返回给 CPU，CPU 将其存放在寄存器中。转换过程叫做地址翻译 address translation。
在学习C/C++时我们都有接触过内存区域划分这个概念，也知道它表示的是程序加载到内存中不同的数据所分布的不同的区域，但是我们并不清楚它是什么东西，在哪里存储着，为什么要有它，它又是怎样实现的。今天我们就来解决这些疑惑。
之前有说过x86保护模式下的分页.这里为了复习再说一遍,在这里可能为了简单介绍会遗漏些许.所以贴出之前的保护模式分页机制资料
http://bbs.chinaunix.net/thread-2083672-1-1.html
前言：在讲完环境变量后，相信大家对Linux有更进一步的认识，而Linux进程概念到这也快接近尾声了，现在我们了解Linux进程中的地址空间！
分段，是指将程序所需要的内存空间大小的虚拟空间，通过映射机制映射到某个物理地址空间(映射的操作由硬件完成)。分段映射机制解决了之前操作系统存在的两个问题：
每个程序拥有自己的地址空间，这个地址空间被分割成多个块，每一块称为一页 (Page, 4KB)。
这篇文章是对 Linux 内存相关问题的集合，工作中会有很大的帮助。关注公号的朋友应该知道之前我写过从内核态到用户态 Linux 内存管理相关的基础文章，在阅读前最好浏览下，链接如下：
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