Linux 原来是这么管理内存的( 三 ) _Linux

Linux 使用最近最少使用(LRU)页面老化技术来公平的选择可能会从系统中删除的页面，这个方案涉及系统中的每个页面，页面的年龄随着访问次数的变化而变化，如果某个页面访问次数多，那么该页就表示越年轻，如果某个呃页面访问次数太少，那么该页越容易被换出。
物理和虚拟寻址模式大多数多功能处理器都支持物理地址模式和虚拟地址模式的概念。物理寻址模式不需要页表，并且处理器不会在此模式下尝试执行任何地址转换。Linux 内核被链接在物理地址空间中运行。
Alpha AXP 处理器没有物理寻址模式。相反，它将内存空间划分为几个区域，并将其中两个指定为物理映射的地址。此内核地址空间称为 KSEG 地址空间，它包含从 0xfffffc0000000000 向上的所有地址。为了从 KSEG 中链接的代码（按照定义，内核代码）执行或访问其中的数据，该代码必须在内核模式下执行。链接到 Alpha 上的 Linux内核以从地址 0xfffffc0000310000 执行。
访问控制页面表的每一项还包含访问控制信息，访问控制信息主要检查进程是否应该访问内存。
必要时需要对内存进行访问限制。例如包含可执行代码的内存，自然是只读内存；操作系统不应允许进程通过其可执行代码写入数据。相比之下，包含数据的页面可以被写入，但是尝试执行该内存的指令将失败。大多数处理器至少具有两种执行模式：内核态和用户态。你不希望访问用户执行内核代码或内核数据结构，除非处理器以内核模式运行。

文章插图

访问控制信息被保存在上面的 Page Table Entry，页表项中，上面这幅图是 Alpha AXP的 PTE 。位字段具有以下含义

表示 valid，是否有效位

读取时故障，在尝试读取此页面时出现故障

写入时错误，在尝试写入时发生错误

执行时发生错误，在尝试执行此页面中的指令时，处理器都会报告页面错误并将控制权传递给操作系统，

地址空间匹配，当操作系统希望清除转换缓冲区中的某些条目时，将使用此选项。

当在使用单个转换缓冲区条目而不是多个转换缓冲区条目映射整个块时使用的提示。

内核模式运行下的代码可以读取页面

用户模式下的代码可以读取页面

以内核模式运行的代码可以写入页面

以用户模式运行的代码可以写入页面

页框号

对于设置了 V 位的 PTE，此字段包含此 PTE 的物理页面帧号（页面帧号）。对于无效的 PTE，如果此字段不为零，则包含有关页面在交换文件中的位置的信息。
除此之外，Linux 还使用了两个位

_PAGE_DIRTY

如果已设置，则需要将页面写出到交换文件中

_PAGE_ACCESSED

Linux 用来将页面标记为已访问。
缓存上面的虚拟内存抽象模型可以用来实施，但是效率不会太高。操作系统和处理器设计人员都尝试提高性能。但是除了提高处理器，内存等的速度之外，最好的方法就是维护有用信息和数据的高速缓存，从而使某些操作更快。在 Linux 中，使用很多和内存管理有关的缓冲区，使用缓冲区来提高效率。
缓冲区缓存缓冲区高速缓存包含块设备驱动程序使用的数据缓冲区。
还记得什么是块设备么？这里回顾下
块设备是一个能存储固定大小块信息的设备，它支持以固定大小的块，扇区或群集读取和（可选）写入数据。每个块都有自己的物理地址。通常块的大小在 512 - 65536 之间。所有传输的信息都会以连续的块为单位。块设备的基本特征是每个块都较为对立，能够独立的进行读写。常见的块设备有硬盘、蓝光光盘、USB 盘
与字符设备相比，块设备通常需要较少的引脚。

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缓冲区高速缓存通过设备标识符和块编号用于快速查找数据块。如果可以在缓冲区高速缓存中找到数据，则无需从物理块设备中读取数据，这种访问方式要快得多。
页缓存页缓存用于加快对磁盘上图像和数据的访问
它用于一次一页地缓存文件中的内容，并且可以通过文件和文件中的偏移量进行访问。当页面从磁盘读入内存时，它们被缓存在页面缓存中。