趣谈Linux操作系统学习笔记：第二十讲

一、引子

1、计算两方面的原因

2、内存管理机制

二、独享内存空间的原理

1、会议室和物理内存的关系

和会议室一样，内存都被分成一块块儿的，都编号了号，例如3F-10就是三楼十号会议室、内存页有这样一个地址。这个地址是实实在在的地址，通过这个地址我们就能够定位到物理内存地址

2、会产生什么问题呢？

3F-10打开三个相同的程序，都执行到某一步，比方说，打开三个计算机器，用户在这三个程序的界面、上分别输入10、100、1000，如果内存中的这个位置只能保存一个数，

那应该保存那个呢？这不就冲突了吗？

3、谁也不能直接访问物理地址

每个项目的物理地址对于进程不可见，谁也不能直接访问物理地址，操作系统会给进程分配一个虚拟地址。所有进程看到的这个地址都是一样的，里面的内存都是从0开始编号

4、在程序里面，指令写入的地址是虚拟地址

例如，位置我10M的内存区域，操作系统会提供一种机制，将不同的进程的虚拟地址和不同的物理地址映射起来

当程序要访问虚拟地址的时候，由内核的数据结构转换，转换成不同的物理地址，这样不同的进程运行的是时候，写入的是不同的物理地址这样就不会冲突了

三、规划地址空间

1、操作系统的内存管理，主要分为三个方面

于是，你看待了项目组的项目计划是这样一个程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int max_length = 128;
 
char * generate(int length){
  int i;
  char * buffer = (char*) malloc (length+1);
  if (buffer == NULL)
    return NULL;
  for (i=0; i<length; i++){
    buffer[i]=rand()%26+'a';
  }
  buffer[length]='\0';
  return buffer;
}
 
int main(int argc, char *argv[])
{
  int num;
  char * buffer;
 
  printf ("Input the string length : ");
  scanf ("%d", &num);
 
  if(num > max_length){
    num = max_length;
  }
 
  buffer = generate(num);
 
  printf ("Random string is: %s\n",buffer);
  free (buffer);
 
  return 0;
}

这个程序比较简单，就是根据用户输入的整数来生成字符串，最长是128，由于字符串的长度不固定、因而不能提前知道，

需要动态地分配内存，是用malloc函数，当然用完了需要释放内存，这就是要使用free函数

2、这个简单的程序使用哪些内存的几种方式

1、那些内存的几种方式

2、内核部分还需要分配内存

3、上面的这些地址应该用虚拟地址访问呢？还是应该用物理地址访问呢？

真正能够使用会议室物理地址的，只有会议室管理部门，

所有其他部分的行为涉及访问会议室的，都需要统统使用虚拟地址、统统到会议室管理部门哪里转换一道，才能进行统一的控制

用户态的进程的进程使用虚拟地址，这点毫无你问，内核态的页基本都是使用虚拟地址，

3、从“虚”的角度来看，这一大片连续的内存空间都是我的了

1、一大片连续的内存

2、这个么大的空间都存些什么内容呀

4、用户空间存放内容详解

5、不同视觉

虽然内核代码权限很大，但是能够使用的虚拟地址范围也只能在内核空间，也即内核代码访问内核数据结构，只能用30号到39号这些编程，不能用0-29号，

因为这些事被金额呈空间占用的，而且、进程有很多个、你现在在内核，但是你不知道当前指的0号是那进程的0号

在内核里面也会有内核的代码，同样有 Text Segment、Data Segment 和BSS Segment，别忘了咱们讲内核启动的时候，内核代码也是 ELF 格式的。

四、总结时刻

通过这一节，你应该知道，一个内存管理系统至少应该做三件事情：

第一，虚拟内存空间的管理，每个进程看到的是独立的、互不干扰的虚拟地址空间；

第二，物理内存的管理，物理内存地址只有内存管理模块能够使用；

第三，内存映射，需要将虚拟内存和物理内存映射、关联起来