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Linux内核编程--内存映射和共享内存

文件的内存映射示意图： 对于用户进程和内核进程： 将用户进程的一段内存区域映射到内核进程，映射成功后，用户进程对这段内存区域的修改直接反映到内核空间，同样，内核进程对这段内存区域的修改也直接反映到用户空间...没有内存映射的I/O操作示意图： 磁盘->内核空间->用户空间 有内存映射的I/O操作示意图：少了一个copy操作 内存映射的优点： 减少了拷贝次数，节省I/O操作的开支 用户空间和内核空间可以直接高效交互...offset); start：用户进程中要映射的某段内存区域的起始地址，通常为NULL（由内核来指定） length：要映射的内存区域的大小 prot：期望的内存保护标志 flags：指定映射对象的类型...fd：要映射的文件描述符 offset：要映射的用户空间的内存区域在内核空间中已经分配好了的内存区域中的偏移 --prot参数取值： PROT_READ：映射区可读 PROT_WRITE：映射区可写...一般用信号量来同步共享内存的访问。 共享内存区在系统存储中的位置： 为什么要用共享内存： 对于涉及到内核操作的，内核和进程之间，经历了四次复制操作，开销很大。

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【Linux 内核 内存管理】内存管理架构 ① ( 内存管理架构组成 | 用户空间 | 内核空间 | MMU 硬件 | Linux 内核架构层次 | Linux 系统调用接口 )

文章目录 一、内存管理架构组成 ( 用户空间 | 内核空间 | MMU 硬件 ) 二、Linux 内核架构层次 三、Linux 系统调用接口 一、内存管理架构组成 ( 用户空间 | 内核空间 | MMU...硬件 ) ---- 内存管理架构 由 3 部分组成 : ① 用户空间 : 在 " 用户空间 " 中 , 使用 malloc 函数 申请 " 堆内存 " , 使用 free 函数 释放 " 堆内存..." ; ② 内核空间 : Linux 内核启动后 , 一直 驻留在内存 中 , 应用程序 不能 读写 内核空间数据 , 不能直接调用 内核源码 中的函数 ; 只能通过 " 系统调用 " 间接调用 内核函数...组成 ; 层次架构如下 : Linux 内核 需要 " 管理硬件 " , 如 : CPU 处理器 , 内存 , I/O 设备 , 网络设备 等 ; Linux 内核 还需要 向上层的 " 应用程序...⑤ 网络管理 : 内核 调用 网络接口 , 实现 网络管理 ; " 设备管理 " 对用户是透明的 , 用户不直到 Linux 内核是如何管理设备的 , 系统调用接口没有关于 " 设备管理 " 的调用接口

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    Linux内核高端内存

    Linux内核地址空间划分 通常32位Linux内核地址空间划分0~3G为用户空间，3~4G为内核空间。注意这里是32位内核地址空间划分，64位内核地址空间划分是不同的。 ?...Linux内核高端内存的理解 前面我们解释了高端内存的由来。...常见问题： 1、用户空间（进程）是否有高端内存概念？ 用户进程没有高端内存概念。只有在内核空间才存在高端内存。用户进程最多只可以访问3G物理内存，而内核进程可以访问所有物理内存。...3、用户进程能访问多少物理内存？内核代码能访问多少物理内存？ 32位系统用户进程最大可以访问3GB，内核代码可以访问所有物理内存。...5、为什么不把所有的地址空间都分配给内核？ 若把所有地址空间都给内存，那么用户进程怎么使用内存？怎么保证内核使用内存和用户进程不起冲突？

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    【Linux 内核 内存管理】内存管理系统调用 ⑤ ( 代码示例 | 多进程共享 mmap 内存映射示例 )

    文章目录 一、进程一描述 二、进程二描述 三、mmap 进程共享内存展示 一、进程一描述 ---- 在上一篇博客 【Linux 内核 内存管理】内存管理系统调用 ④ ( 代码示例 | mmap 创建内存映射...在这段休眠的时间段 , 运行 进程二 , 在 进程二中 , 创建相同文件的 mmap " 文件映射 " , 读取在 进程一 中写入的文件内容 ; 二、进程二描述 ---- 进程二 的源码 , 与上一篇博客 【Linux...内核 内存管理】内存管理系统调用 ④ ( 代码示例 | mmap 创建内存映射 | munmap 删除内存映射 ) 中 进程一 源码类似 , 只是将写入 mmap 文件映射 数据 , 修改为 读取 该..., 该内存页的内容可以 读取 写入 // MAP_SHARED : 指定映射关系 , 指的是该映射是进程的共享内存空间 // fd : 文件描述符 , 被映射的文件 //...mmap_demo_02.c 文件中 , 执行 gcc mmap_demo_02.c -o mmap_demo_02 命令 , 编译该源码 , 编译出的可执行文件为 mmap_demo_02 ; 三、mmap 进程共享内存展示

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    【Linux 内核 内存管理】Linux 内核内存布局 ③ ( Linux 内核 动态分配内存 系统接口函数 | 统计输出 vmalloc 分配的内存 )

    文章目录 一、Linux 内核 动态分配内存 系统接口函数 二、统计输出 vmalloc 分配的内存 一、Linux 内核 动态分配内存 系统接口函数 ---- Linux 内核 " 动态分配内存 "...是通过 " 系统接口 " 实现的 , 下面介绍几个重要的 接口函数 ; ① 以 " 页 " 为单位分配内存 : alloc_pages , __get_free_page ; ② 以 " 字节 " 为单位分配..." 虚拟地址连续的内存块 " : vmalloc ; ③ 以 " 字节 " 为单位分配 " 物理地址连续的内存块 " : kmalloc ; 注意 该 " 物理地址连续的内存块 " 是以 Slab 为中心的...; 二、统计输出 vmalloc 分配的内存 ---- 执行 grep vmalloc /proc/vmallocinfo 命令 , 可以统计输出 通过 vmalloc 函数分配的 " 虚拟地址连续的内存块

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    【Linux】system V 共享内存

    进程A和进程B在自己的地址空间中都有自己的共享区 想办法把物理内存中新开辟空间 通过页表 映射到 进程A和进程B的共享区中 把地址空间的起始地址返回给用户 进程A和进程B就可以通过起始的虚拟地址，对应页表访问到内存...先描述，在组织 并不是在内存中开辟空间即可，系统为了管理共享内存，构建对应的描述共享内存的结构体对象 共享内存=共享内存的内核数据结构(伪代码:struct shm)+真正开辟的内存空间 2....通过寻找key值来找到A所创建的共享内存 ---- pathname 代表 用户自己设定的路径字符串 proj_id 代表 项目id key值意义为 让创建共享内存的进程可以给新共享内存设置key值 让获取共享内存的进程...创建共享内存 获取共享内存 创建共享内存，调用shmget函数，通过两个选项 若共享内存不存在则创建，若存在则报错 而获取共享内存，调用shmget函数，则返回已有的共享内存 ---- 此时运行可执行程序...代表权限 bytes 代表字节数 nattch 代表 有几个进程和当前进程是关联的 用指令删除 key是在操作系统中使用的，类似于文件的inode编号 shmid 类似于文件的fd 所以删除操作，是在用户层

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    Linux共享内存及函数

    共享内存的概念 共享内存是指多个进程可以把一段内存共同的内存映射到自己的进程空间中，从而实现数据的共享和传输，它是存在与内核级别的一种资源，是所有进程间通信中方式最快的一种。...对于每一个共享内存段，内核会为其维护一个shmid_ds类型的结构体： // 摘自所用ubuntu18.04电脑中的/usr/include/i386-linux-gnu/bits/shm.h struct...key不为IPC_PRIVATE，且flag设置了IPC_CREAT位，而没有设置IPC_EXCL位时，如果key为内核中的已存在的共享内存键值，则打开，否则创建一个新的共享内存。...key不为IPC_PRIVATE，且flag设置了IPC_CREAT和IPC_EXCL位时，则只执行创建共享内存操作。如果key为内核中的已存在的共享内存键值，返回EEXIST错误。...参考： 《精通Linux C编程》- 程国钢 《Linux C编程完全解密》- 闫敬 吴淑坤

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    Linux进程通信--共享内存

    概述 共享内存区是最快的IPC形式。一旦这样的内存映射到共享它的进程的地址空间，这些进程间数据传递不再涉及到内核，换句话说是进程不再通过执行进入内核的系统调用来传递彼此的数据。...其次，将这个内存空间经过页表，映射到进程A的共享区，在共享区申请一段空间，然后将起始虚拟地址返回给用户，进程就可以通过地址和页表直接向共享内存中写内容。进程B也可以执行操作。...补充指令集–ipc的指令 查看进程的共享内存指令：ipcs -m 删除创建的共享内存：ipcrm -m shmid key和shmid区别 key属于用户形成，是内核使用的一个字段，用户不能使用...shmid：是内核给用户返回的一个标识符，用来进行用户级对共享内存进行管理的id值（fd）。 因此在适应指令对共享内存操作时，使用的是shmid。...获取共享内存属性 通过 shmctl 函数区获取共享内存的属性。struct shmid_ds 结构体就是用户层面去描述一个共享内存的结构体。

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    linux 内核态与用户态_linux内核态和用户态通信

    2/用户态->内核态 在linux中，用户对设备的操作往往被抽象为对文件的操作。利用这一特性，可以通过注册和实现伪字符设备到内核，来实现用户进程和内核空间的交互。...->用户态 内核态中，可以完成对用户文件系统任意文件的访问。...因此，可以在内核态将要输出的信息写入文件，写入后用户态程序直接读取文件就可以完成从内核空间向用户空间的数据传递。...4/内核态用户态 proc文件系统，是当前内核或内核模块，和用户交互的主要方式，它通过将虚拟的文件系统挂载在/proc下，利用虚拟文件读写在用户和内核态间传递信息。...向内核中注册/proc下文件的调用是create_proc_entry 5/内核态用户态 netlink是一种特殊的socket，用于用户态与内核态的双向通讯。

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    Linux 内核 VS 内存碎片 （下）

    从 Linux 内核 VS 内存碎片 （上） 我们可以看到根据迁移类型进行分组只是延缓了内存碎片，而并不是从根本解决，所以随着时间的推移，当内存碎片过多，无法满足连续物理内存需求时，将会引起性能问题。...因此仅仅依靠此功能还不够，所以内核又引入了内存规整等功能。...内存规整 在内存规整引入之前，内核还使用过 lumpy reclaim 来进行反碎片化，但在我们当前最常用的 3.10 版本内核上已经不存在了，所以不做介绍，感兴趣的朋友请从文章开头整理的列表中自取，我们来看内存规整...对于 3.10 版本内核，内存规整的时机如下： 在分配高阶内存失败后 kswapd 线程平衡 zone； 直接内存回收来满足高阶内存需求，包括 THP 缺页异常处理路径； khugepaged 内核线程尝试...，但需要对内核相关子系统的工作原理要有一定理解，对客户的内核版本也有一定要求。

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    Linux进程间通信【共享内存】

    前言 共享内存出自 System V 标准，是众多 IPC 解决方案中最快的一种，使用共享内存进行通信时，不需要借助函数进入内核传递数据，而是直接对同一块空间进行数据访问，至于共享内存是如何使用的、通信原理是怎么实现的...注意： 共享内存块的创建、进程间建立映射都是由 OS 实际执行的 ---- 2、共享内存的相关知识 在正式使用共享内存通信之前，需要先学习一下 共享内存的相关知识，因为这里的共享内存出自 System...结论： 共享内存 = 共享内存的内核数据结构（struct shmid_ds） + 真正开辟的空间 ---- 3、共享内存简单使用 当两个进程与同一块共享内存成功关联后，可以直接对该区域进行读写操作，...减少拷贝（IO）次数 得益于共享内存的这种特性，可以让进程通信的时候，减少拷贝次数，所以共享内存是所有进程通信中，速度最快的 4.3、共享内存的缺点 共享内存这么快，为什么不直接只使用共享内存呢？...》 ---- 总结 以上就是本次关于 Linux 进程间通信之 共享内存 的全部内容了，共享内存 是所有 IPC 中最快的一种，因为它省去了很多不必要的 IO 操作，进程直接对话进程，效率极高，不过在狂飙的后果就是不安全

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    Linux进程通信之共享内存

    Linux进程通信之共享存储 概念： 共享内存指 (shared memory)在多处理器的计算机系统中，可以被不同中央处理器（CPU）访问的大容量内存。...任何一个缓存的数据被更新后，由于其他处理器也可能要存取，共享内存就需要立即更新，否则不同的处理器可能用到不同的数据。...共享内存是 Unix下的多进程之间的通信方法 ,这种方法通常用于一个程序的多进程间通信，实际上多个程序间也可以通过共享内存来传递信息。...PHP中的封装： php中封装了shm开头的函数和shmop开头的函数，实际效果是一样的，具体使用方式请查看官方手册 ，下面我们以shm开头的为例演示 特点： 共享内存是将内存映射到其他进程的地址空间中...，所以说共享内存也是最快的IPC进程通信方式 前提： 在使用IPC进程通信时，也就是信号量、消息队列、共享存储时，首先要先确定自己的PHP扩展是否已经开启，使用php -m 查看 编写代码 父子进程

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    速通 Linux 共享内存原理

    共享内存是一个非常有意思的话题，一方面共享内存避免了通讯过程中的内存复制问题，是 Linux IPC 通讯中效率最高的一种。...从使用方式上讲，Linux 提供了三种共享内存的方式，包括 Unix 味的 POSIX 和 SysV 接口，还提供了直接文件映射内存的 mmap。...本文尝试分别介绍 Linux 共享内存的基本原理，并做一个 “违背祖宗的决定”，如何在 Golang 中使用共享内存。...没关系，内核在初始化时，会自动 mount 一个不可见的 tmpfs，挂载为 shm_mnt，用来分配共享内存： static struct file_system_type shmem_fs_type...总结 从原理上讲 Linux 共享内存的主要方式只有两种，一是基于文件的 mmap，另一种就是 tmpfs，用一张图描述 Linux 几种实现共享内存的方式：

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    详解Linux共享内存的管理

    在进程通信应用中会用到共享内存，这就涉及到了IPC，与IPC相关的命令包括：ipcs、ipcrm（释放IPC）。IPCS命令是Linux下显示进程间通信设施状态的工具。...使用IPCS可以查看共享内存、信号量、消息队列的状态。...key； 第二列是共享内存的编号shmid； 第三列就是创建的用户owner； 第四列就是权限perms； 第五列为创建的大小bytes； 第六列为连接到共享内存的进程数...其中显示“dest”表示共享内存段已经被删除，但是还有用户在使用它，当该段内存的mode字段设置为 SHM_DEST时就会显示“dest”。...当用户调用shmctl的IPC_RMID时，内存先查看多少个进程与这个内存关联着，如果关联数为0，就会销 毁这段共享内存，否者设置这段内存的mod的mode位为SHM_DEST，如果所有进程都不用则删除这段共享内存

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    内核态与用户态_linux内核态和用户态通信

    这个段一般是可以被共享的，比如你在Linux开了2个Vi来编辑文本，那么一般来说这两个Vi是共享一个代码段的，但是数据段不同（这点有点类似C++中类的不同对象共享相同成员函数）。...可以看出Linux系统中每个进程的页面目录的第二部分是相同的，所以从进程的角度来看，每个进程有4G字节的虚拟空间，较低的3G字节是自己的用户空间，最高的1G字节则为与所有进程以及内核共享的系统空间。...另外，为了解决不同CPU特权级共享使用堆栈带来的保护问题，执行0级的内核代码和执行3级的用户代码需要使用不同的栈。...由于Linux实现了写时复制功能（Copy on Write），因此在进程被创建后，若该进程及其父进程都没有使用堆栈，则两者共享同一堆栈对应的物理内存页面。...这个长度值是Linux 0.12内核所能支持的最大物理内存长度（参见head.s，110行开始的注释）。因此，内核代码可以寻址到整个物理内存范围中的任何位置，当然也包括主内存区。

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    Linux 内核 VS 内存碎片 （上）

    （外部）内存碎片是一个历史悠久的 Linux 内核编程问题，随着系统的运行，页面被分配给各种任务，随着时间的推移内存会逐步碎片化，最终正常运行时间较长的繁忙系统可能只有很少的物理页面是连续的。...由于 Linux 内核支持虚拟内存管理，物理内存碎片通常不是问题，因为在页表的帮助下，物理上分散的内存在虚拟地址空间仍然是连续的 （除非使用大页），但对于需要从内核线性映射区分配连续物理内存的需求来说就会变的非常困难...如果内核编程不再依赖线性地址空间的高阶物理内存分配，那么内存碎片问题就从根本上解决了，但对于 Linux kernel 这样庞大的工程来说，这样的修改显然是不可能的，所以从 Linux 2.x 版本至今...Linux 在经典算法的基础上做了一些个扩展： 分区的伙伴分配器； Per-CPU pageset； 根据迁移类型进行分组； 我们以前介绍过 Linux 内核使用 node, zone, page 来描述物理内存...对于通过页表访问虚拟地址空间的情况 （比如用户空间的堆内存需求）并不需要连续物理内存，为什么呢？

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    详解Linux内核内存管理架构

    内存管理子系统可能是linux内核中最为复杂的一个子系统，其支持的功能需求众多，如页面映射、页面分配、页面回收、页面交换、冷热页面、紧急页面、页面碎片管理、页面缓存、页面统计等，而且对性能也有很高的要求...linux的内存映射管理是通过页表来实现的，但是页表是放在内存中的，如果每次地址转换过程都需要访问一次内存，其效率是十分低下的。这里CPU通过TLB硬件单元来加速地址转换。...直接内存动态分配地址空间：因为访问效率等原因，内核对内存采用简单的线性映射，但是因为32位CPU的寻址能力（4G大小）和内核地址空间起始的设置（3G开始），会导致内核的地址空间资源不足，当内存大于1GB...高端内存动态分配地址空间：高端内存分配的内存是虚拟地址连续而物理地址不连续的内存，一般用于内核动态加载的模块和驱动，因为内核可能运行了很久，内存页面碎片情况严重，如果要申请大的连续地址的内存页会比较困难...内存管理软件架构 内核内存管理的核心工作就是内存的分配回收管理，其内部分为2个体系：页管理和对象管理。

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