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Linux-3.14.12内存管理笔记【建立内核页表（3）

前面已经分析了内核页表的准备工作以及内核低端内存页表的建立，接着回到init_mem_mapping()中，低端内存页表建立后紧随着还有一个函数early_ioremap_page_table_range_init...，是从页表缓冲空间中申请还是通过memblock算法申请页表内存。...，创建页表并使其指向被创建的页表。...为了避免前期可能对固定映射区已经分配了页表项，基于临时内核映射区间要求页表连续性的保证，所以在此重新申请连续的页表空间将原页表内容拷贝至此。...值得注意的是，与低端内存的页表初始化不同的是，这里的页表只是被分配，相应的PTE项并未初始化，这个工作将会交由以后各个固定映射区部分的相关代码调用set_fixmap()来将相关的固定映射区页表与物理内存关联

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Linux-3.14.12内存管理笔记【建立内核页表（1）】

前面已经分析过了Intel的内存映射和linux的基本使用情况，已知head_32.S仅是建立临时页表，内核还是要建立内核页表，做到全面映射的。...建立内核页表前奏，了解两个很关键的变量： max_pfn：最大物理内存页面帧号； max_low_pfn：低端内存区（直接映射空间区的内存）的最大可用页帧号； max_pfn 的值来自setup_arch...Linux是一个支持多硬件平台的操作系统，各种硬件芯片的分页并非固定的2级（页全局目录和页表），仅仅Intel处理器而言，就存在3级的情况（页全局目录、页中间目录和页表），而到了64位系统的时候就成了4...所以Linux为了保持良好的兼容性和移植性，系统设计成了以下的4级分页模型，根据平台环境和配置的情况，通过将页上级目录和页中间目录的索引位设置为0，从而隐藏了页三级目录和页中间目录的存在。...由此管中窥豹，看到了Linux内存分页映射模型的存在和相关设计，暂且也就先了解这么多。 分析宏是一件很乏味的事情，不过以小见大却是一件很有意思的事情。

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    Linux内存页分配策略

    伙伴系统分配算法 在上一节, 我们介绍了Linux内核怎么管理系统中的物理内存....但有时候内核需要分配一些物理内存地址也连续的内存页, 所以Linux使用了 伙伴系统分配算法 来管理系统中的物理内存页....在Linux内核中, 把两个物理地址相邻的内存页当作成伙伴, 因为Linux是以页面号来管理内存页的, 所以就是说两个相邻页面号的页面是伙伴关系....那么给定一个 i 号内存页, 怎么找到他的伙伴内存页呢? 通过观察我们可以发现, 如果页面号是复数的, 那么他的伙伴内存页要加1, 如果页面号是单数的, 那么他的伙伴内存页要减1....Linux内核使用 free_area[i] 管理 2i 个内存页面大小的内存块列表.

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    系统内存管理：虚拟内存、内存分段与分页、页表缓存TLB以及Linux内存管理

    内存分页内存分页是将整个虚拟和物理内存空间划分为固定大小的连续内存块，称为页（Page）。在Linux下，每一页的大小通常为4KB。...为了节省内存空间，我们可以将单级页表进行分页，将一个页表（一级页表）分为1024个页表（二级页表），每个二级页表包含1024个页表项，形成二级分页结构。...假设只有20%的一级页表项被使用，那么页表占用的内存空间只有0.804MB，相比于单级页表的4MB，内存节约非常巨大。为什么不分级的页表无法实现这样的内存节约呢？...这是因为程序执行过程中，访问的页表项相对固定。通过利用TLB，可以大大提高地址转换的速度，加快程序的执行效率。Linux内存管理Linux内存管理涉及逻辑地址和线性地址的转换。...逻辑地址是程序使用的地址，而线性地址是通过段式内存管理映射的地址，也称为虚拟地址。Linux的虚拟地址空间分为内核空间和用户空间两部分。

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    内核知识第八讲,PDE,PTE,页目录表,页表的内存管理

    内核知识第八讲,PDE,PTE,页目录表,页表的内存管理 一丶查看GDT表....比如我们的虚拟地址: 　　004010123,而页的首地址是00401000 后12位都是0. 所以我们把页的高20位称为页码. 进程内存的保护. 进程内存的保护就通过页的方式进行保护的.  ...首先我们的CR3寄存器保存了表的首地址. 这里有一个页目录表,还有页表的关键词. 页目录表: 也称为PDE,而页表称之为PTE....但是通过两个表查询.可以映射4G内存.而上面的设计方法不行. 首先前边20位保存了页表或者物理地址的基地址. 比如我们的页目录表. 查到了第5项.那么从中取出千20位来,加上000就等于页表了. ...有没有发现,我们的Ring3程序.不过是那个内存区域也好.都是可以读的. 而我们Ring3下的修改内存分页保护属性,其实就是将这个页表的这个RW位进行置位. 而我们的虚拟地址当作下表进行查表.

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    Linux申请大页内存(mmap)

    ---- 1.为什么要使用大页内存 　　了解操作系统内存管理的人一般都知道操作系统对内存采用多级页表和分页进行管理，操作系统每个页默认大小为4KB。...如果进程使用的内存过大，比如1GB，这样会在页表中占用 1GB / 4KB = 262144个页表项，而系统TLB可以容纳的页表项远小于这个数量。...操作系统默认支持的大页是2MB，当使用1GB内存时，在页表中将占用 1GB / 2MB = 512个页表项，可以大大提升TLB命中率，进而提升应用性能。...---- 2.怎样使用大页内存 2.1 先预留一定量的大页内存 #先查看系统有多少已经预留的大页内存 # cat /proc/meminfo |grep -i huge #预留192个大页 # sysctl...\n"); getchar(); munmap(m, s); return 0; } ---- 3.最后的话 大页内存的好处不仅是减少TLB未命中次数，而且大页内存分配的是物理内存，不会被操作系统的内存管理换出到磁盘上

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    【内存管理】页表映射基础知识

    中间的8个bit位叫做L2索引，在Linux内核中叫做PT，页表。最低的12位叫做页索引。 在ARM处理器中，TTBRx寄存器存放着页表基地址，我们这里的一级页表有4096个页表项。...MMU访问页表是硬件实现的，但页表的创建和填充需要Linux内核来填充。通常，一级页表和二级页表存放在主存储器中。 ARM32 一级页表的页表项 下面这张图来自ARMV7的手册。...Linux内核关于页表的函数 Linux内核中页表操作的宏定义 Linux内核中封装了很多宏来处理页表 #define pgd_offset_k(addr) pgd_offset(&init_mm,addr...Linux内核的内存管理已经适配了X86的页表项，我们可以通过软件适配的办法来解决这个问题。因此，ARM公司在移植该方案时提出了两套页表的方案。...一套页表是为了迎合ARM硬件的真实页表，另一套页表是为了迎合Linux真实的页表。 对于PTE页表来说，一下子就多出了一套页表，一套页表256表项，每个表项占用4字节。

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    【Linux 内核 内存管理】内存管理架构 ③ ( Linux 内核中的内存管理模块 | 页分配器 | 不连续页分配器 | 内存控制组 | 硬件设备内存管理 | MMU | 页表缓存 | 高速缓存 )

    文章目录 一、Linux 内核中的内存管理模块 二、硬件设备内存管理 一、Linux 内核中的内存管理模块 ---- Linux 内核还需要处理如下内容 : ① 页错误异常处理 ② 页表管理 ③ 引导内存分配器...: 页分配器 , 块分配器 , 不连续页分配器 , 连续内存分配器 , 每处理器内存分配器 ; " 页分配器 " 负责分配 内存物理页 , 使用的是 " 伙伴分配器 " ; " 不连续页分配器 " 提供了...vmalloc 函数 用于分配内存 , vfree 函数 用于 释放内存 ; 申请的 " 不连续物理页 “ 可以 映射到 ” 连续的虚拟页 " ; ④ 内存碎片整理 ⑤ 内存耗尽处理 ⑥ 内存控制组...: 控制管理 被 进程 占用的 内存 ; 碎片整理 : 如果 " 内存碎片化 " 严重 , 没有连续物理页 , 需要通过 整理内存碎片 并迁移数据 得到 连续的 物理页 ; 内存回收 : 内存不足时 ,..." ( MMU ) 中 , 还有一个 " 页表缓存 " ; 页表缓存 中缓存了 最近使用的 " 页表映射 “ , 该映射的作用是 将 ” 物理地址 " 映射为 " 虚拟地址 " ; CPU 处理器

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    驱动开发：内核解析内存四级页表

    当今操作系统普遍采用64位架构，CPU最大寻址能力虽然达到了64位，但其实仅仅只是用到了48位进行寻址，其内存管理采用了9-9-9-9-12的分页模式，9-9-9-9-12分页表示物理地址拥有四级页表，...9-9-9-9-12的分页模式是一种常见的分页方案，其中物理地址被分成四级页表：PXE（Page Directory Pointer Table Entry）、PPE（Page Directory Entry...这种分页模式可以支持大量的物理内存地址映射到虚拟内存地址空间中。每个级别的页表都负责将虚拟地址映射到更具体的物理地址。通过这种层次化的页表结构，操作系统可以更有效地管理和分配内存。...PTE 0即可解析，如下所示，当前地址0位置处的PTE基址是FFFF898000000000，由于PTE的一个页大小是0x1000所以当内存地址高于0x1000时将会切换到另一个页中，如下FFFF898000000008...则是另一个页中的地址。

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    驱动开发：内核解析内存四级页表

    当今操作系统普遍采用64位架构，CPU最大寻址能力虽然达到了64位，但其实仅仅只是用到了48位进行寻址，其内存管理采用了9-9-9-9-12的分页模式，9-9-9-9-12分页表示物理地址拥有四级页表，...9-9-9-9-12的分页模式是一种常见的分页方案，其中物理地址被分成四级页表：PXE（Page Directory Pointer Table Entry）、PPE（Page Directory Entry...这种分页模式可以支持大量的物理内存地址映射到虚拟内存地址空间中。每个级别的页表都负责将虚拟地址映射到更具体的物理地址。通过这种层次化的页表结构，操作系统可以更有效地管理和分配内存。...PTE 0即可解析，如下所示，当前地址0位置处的PTE基址是FFFF898000000000，由于PTE的一个页大小是0x1000所以当内存地址高于0x1000时将会切换到另一个页中，如下FFFF898000000008...则是另一个页中的地址。

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    页表与三级页表介绍

    在操作系统与计组学习中，我们会学习到页表这个概念，可以说，如今计算机的函数内存调用有很大一部分都离不开页表的调用，本文旨在详解页表的概念应用以及操作系统中的三级页表，三级页表对于节省空间起了至关重要的作用...39位，而这39位被划分为了一个个页面，每个页面为12位，即4kb 页表就是操作系统中存放了各个页面与当前虚拟内存的映射关系，用户程序可以通过页表将调用的虚拟地址转换到实际物理地址中，实际上的调用内存过程如下...： 程序执行过程中，CPU会通过MMU（内存管理单元，每个CPU都有，负责将虚拟地址转换为物理地址），将当前的VA（虚拟地址）转换为PA（物理地址），之后到相应的内存单元执行 页表条目 页表条目构成如下图...虚拟地址的页码有27位，每个页表条目为8字节，那么占用内存为： 2^27 * 8 bit = 1GB，虽然看似不多，但是如果用户程序只使用了几个页表条目，但是还是要占用1GB的内存还是很恐怖的，因此科学家们想到了使用三级页表来代替单级页表...至此，有关于页表与三级页表的介绍就到这里了，页表的存在对于内核区与用户区加载代码起了至关重要的作用，真正理解页表的转换机制有助于我们对操作系统的虚拟内存有更深刻的认识

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    【Linux 内核 内存管理】物理内存组织结构 ⑥ ( 物理页 page 简介 | 物理页 page 与 MMU 内存管理单元 | 内存节点 pglist_data 与 物理页 page 联系 )

    文章目录 一、物理页 page 简介 1、物理页 page 引入 2、物理页 page 与 MMU 内存管理单元 3、物理页 page 结构体 4、Linux 内核源码中的 page 结构体 二、内存节点...pglist_data 与 物理页 page 联系 内存管理系统 3 级结构 : ① 内存节点 Node , ② 内存区域 Zone , ③ 物理页 Page , Linux 内核中 , 使用 上述..., 就是 " 内存区域 " zone , " 内存区域 " 再向下划分 , 就是 " 物理页 " page ; 2、物理页 page 与 MMU 内存管理单元 在 Linux 内核中 , MMU 内存管理单元...结构体 " 物理页 " page 是 Linux 内核 " 内存管理 " 中的 最小单位 , 物理页 中的 " 物理地址 " 是连续的 , 每个 " 物理页 " 使用 struct page 结构体...SPARSEMEM */ // 页描述数组 struct page *node_mem_map; #endif } 参考 【Linux 内核 内存管理】物理内存组织结构 ③ ( 内存管理系统三级结构

    6.8K10

    【Linux 内核 内存管理】物理页释放 ( 物理页释放 __free_pages 函数 )

    文章目录 一、物理页释放 __free_pages 函数 一、物理页释放 __free_pages 函数 ---- 页分配器 提供了 释放 物理页的 函数 __free_pages , 该函数定义在 Linux...内核源码的 linux-4.12\mm\page_alloc.c#4083 位置 ; __free_pages 函数参数分析 : struct page *page 参数 表示 要释放的 物理页 page...的 虚拟空间地址 ; unsigned int order 参数 表示 要释放的 物理页 的 " 阶数 " , 也就是 要释放的物理页大小 ; 阶 ( Order ) : 物理页 的 数量单位 ,...n 阶页块 指的是 2^n 个 连续的 " 物理页 " ; 参考 【Linux 内核 内存管理】伙伴分配器 ① ( 伙伴分配器引入 | 页块、阶 | 伙伴 ) __free_pages 函数源码...order == 0) free_hot_cold_page(page, false); else __free_pages_ok(page, order); } } 源码路径 : linux

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    零拷贝内存 or 页锁定内存

    这是一个小实验，在于验证GPU上使用零拷贝内存和页锁定内存的性能差别。使用的是点积计算，数据量在100M左右。...实验步骤很简单，分别在主机上开辟普通内存，页锁定内存以及进行零拷贝内存的操作，看三者哪个完成的时间比较快，具体的代码在最后，这里是实验结果： ?...但是，页锁定内存相比于零拷贝内存到底慢在哪里呢，当然是慢在从主机内存拷贝到显存的时间了，注释掉页锁定的拷贝语句之后，可以得到以下结果： ?...ps:但是，奇怪的是，如果只将a,b内存拷贝的语句注释掉，页锁定内存仍旧可以得到正确的结果，暂时想不明白是为什么 这时就要问了，看起来零拷贝比页锁定要快啊，那还要这个页锁定干嘛呢，当然是有用的，因为...，零拷贝的内容不能缓存在显存里，如果内容要被反复使用，零拷贝就要不停地从内存里取值，增加总线压力，这样相比页锁定也就处于劣势。

    2.1K50

    一文看懂影子页表和扩展页表

    我们知道从intel的80386引入了保护模式后，内存空间分为虚拟地址空间和物理地址空间。后引入页表机制，把虚拟地址送往MMU，MMU查TLB不中的情况下，依次查页表就可以找到对应的物理地址。...，X86上叫CR3 EPT：扩展页表 ptr：这里用来描述指向某个页表的寄存器 一.内存虚拟化要解决的问题 内存虚拟化实际实现就是MMU虚拟化，要实现GVA -> GPA -> HVA -> HPA...3， HVA->HPA，这一过程就是我们已知的使用物理MMU完成VMM进程的虚拟内存到物理内存的转换。 4， 把GVA -> HPA，这一路的映射关系记录到页表中，这个页表就是影子页表。...这样通过影子页表就可以实现真正的内存访问。 影子页表实现非常复杂，需要为每个Guest中的每个进程的Guest PT都维护一个对应的Shadow PT。...并且一个VM只需要一套EPT页表，减少了内存开销，维护也比较简单。

    2.1K20

    性能优化：Linux环境下合理配置大内存页

    再看看目录表和页表这2种数据结构占用的空间会有多少。目录表固定只有4KB。而页表呢？由于最多有1024个页表，每个页表占用4KB，因此页表最多占用4MB内存。...同时Linux不会为进程一次性建立那么大的页表，只有进程在分配和访问内存时，操作系统才会为进程建立相应地址的映射。 这里只描述了最简单情况下的分页映射。实际上页表目录连同页表一共有四级。...因此，决定先使用大内存页来调优系统的内存使用。 大内存页是一种统称，在低版本的Linux中为Large Page，而当前主流的Linux版本中为Huge Page。...实际上这里可以反映出Linux在分页处理机制上的缺陷。而其他操作系统，比如AIX，对于共享内存段这样的内存，进程共享相同的页表，避免了Linux的这种问题。...像笔者维护的一套系统，连接数平常都是5000以上，实例的SGA在60GB左右，要是按Linux的分页处理方式，系统中大部分内存都会被页表给用掉。

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    高端内存映射之vmalloc分配内存中不连续的页--Linux内存管理(十九)

    分配到其中的页可能位于物理内存中的任何地方. 通过修改负责该区域的内核页表, 即可做到这一点. ? ?...因为用于vmalloc的内存页总是必须映射在内核地址空间中, 因此使用ZONE_HIGHMEM内存域的页要优于其他内存域. 这使得内核可以节省更宝贵的较低端内存域, 而又不会带来额外的坏处....其中依次映射了3个(假想的)物理内存页, 在物理内存中的位置分别是1 023、725和7 311....接下来从物理内存分配各个页 最后将这些页连续地映射到vmalloc区域中, 分配虚拟内存的工作就完成了....unmap_vm_area使用找到的vm_area实例，从页表删除不再需要的项。与分配内存时类似，该函 数需要操作各级页表，但这一次需要删除涉及的项。它还会更新CPU高速缓存。

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