Linux内存系统讲解
linux,内核的物理内存分配的基本方式

Linux内核的物理内存分配基本方式在Linux内核中,物理内存分配的基本方式可以通过以下几个方面进行解释。
1. 内核启动阶段的物理内存分配在Linux内核启动阶段,内核需要为自身和各个子系统分配物理内存。
这个过程包括以下几个步骤:•内核从BIOS或者bootloader中获取系统的物理内存信息。
•内核根据系统的内存布局,将物理内存分成多个区域,如低端内存、高端内存等。
•内核为自身分配一部分物理内存,包括内核代码、数据、堆栈等。
•内核为各个子系统分配物理内存,如设备驱动、文件系统等。
2. 动态分配物理内存在运行时,Linux内核还需要动态分配物理内存来满足进程和内核的需求。
这个过程包括以下几个关键点:页框分配:内核使用页框作为最小的内存分配单位。
当一个进程或内核需要分配物理内存时,内核会使用页框分配算法来选择可用的物理页框。
页框可以通过使用位图或者链表等数据结构来管理。
伙伴系统:为了高效地管理和分配物理内存,Linux内核采用了伙伴系统。
伙伴系统将整个物理内存空间分成不同大小的块(通常是2的幂次方),每个块称为一个伙伴块。
当一个进程需要分配内存时,内核会在合适的伙伴块中找到一个合适大小的块来满足需求。
页面回收:当物理内存不足时,Linux内核会使用页面回收机制来回收部分物理内存。
页面回收可以通过将不再使用的内存页面写回硬盘,或者将内存页面移动到交换分区来实现。
回收后的物理内存可以重新分配给其他进程或内核使用。
3. 内存管理算法为了高效地管理物理内存,Linux内核采用了一些内存管理算法。
其中一些重要的算法包括:最先适应算法(First Fit):内核首先查找第一个满足分配要求的伙伴块。
这个算法简单直观,但可能导致伙伴块的碎片化。
最佳适应算法(Best Fit):内核在所有可用的伙伴块中选择最小的一个来满足分配需求。
这个算法可以减少碎片化,但需要更多的搜索开销。
循环首次适应算法(Next Fit):内核在上一次分配的位置开始搜索,直到找到第一个满足分配要求的伙伴块。
linux操作系统的结构及详细说明

linux操作系统的结构及详细说明linux的操作系统的结构你了解多少呢?下面由店铺为大家整理了linux操作系统的结构及详细说明的相关知识,希望对大家有帮助!linux操作系统的结构及详细说明:一、 linux内核内核是操作系统的核心,具有很多最基本功能,它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统,决定着系统的性能和稳定性。
Linux 内核由如下几部分组成:内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等。
系统调用接口:SCI 层提供了某些机制执行从用户空间到内核的函数调用。
这个接口依赖于体系结构,甚至在相同的处理器家族内也是如此。
SCI 实际上是一个非常有用的函数调用多路复用和多路分解服务。
在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的实现,并在 ./linux/arch 中找到依赖于体系结构的部分。
1. 内存管理对任何一台计算机而言,其内存以及其它资源都是有限的。
为了让有限的物理内存满足应用程序对内存的大需求量,Linux 采用了称为“虚拟内存”的内存管理方式。
Linux 将内存划分为容易处理的“内存页”(对于大部分体系结构来说都是 4KB)。
Linux 包括了管理可用内存的方式,以及物理和虚拟映射所使用的硬件机制。
不过内存管理要管理的可不止 4KB 缓冲区。
Linux 提供了对 4KB 缓冲区的抽象,例如 slab 分配器。
这种内存管理模式使用 4KB 缓冲区为基数,然后从中分配结构,并跟踪内存页使用情况,比如哪些内存页是满的,哪些页面没有完全使用,哪些页面为空。
这样就允许该模式根据系统需要来动态调整内存使用。
为了支持多个用户使用内存,有时会出现可用内存被消耗光的情况。
由于这个原因,页面可以移出内存并放入磁盘中。
这个过程称为交换,因为页面会被从内存交换到硬盘上。
内存管理的源代码可以在 ./linux/mm 中找到。
2 .进程管理进程实际是某特定应用程序的一个运行实体。
第1章 linux操作系统概述

微内核模型:内核中大部分模块都是独
立的进程,并在一定的特权状态下运行, 各模块之间通过消息传递进行通信。这 种机制的系统核心称为微内核。
大内核模型:整个核心模块可分为若干个子模
块,但在核心运行时,它是一个独立的二进制 映象,模块间的通信是直接调用其他模块中的 函数实现的。这种机制的系统核心称为大内核。
操作系统的设计目标
面向用户的设计目标:
1. 使用户方便使用计算机系统并容易学习。 2. 计算机系统对用户可靠、安全和高效。
面向系统设计目标:
1. 使操作系统容易设计,实现。
2. 使系统维护方便、灵活并可靠。
操作系统的功能
资源分配器:管理和分配软硬件资源。 控制器:控制用户程序执行,并对I/O设
资源共享。 加速计算—均分负载。 可靠性和通信。
分布式系统(续)
网络操作系统:
提供文件共享。 提供通信协议。 与网络相连接的各个计算机都是独立运行的。
分布式操作系统:
相互连接的各个计算机几乎没有自主权。 提供控制这个网络的单一操作系统映象。
手持系统
个人数据助理。 移动电话。 存在的问题:
实用程序及应 用软件 用户1 用户2 用户3 用户n
编译器
操作系统 汇编器 文本编辑器 ┅ 数据库系统 (内核) 系统和实用程序
操作系统 计算机硬件
机器指令系统 CPU、内存和 I/O接口
对系统层次框图的说明
硬件:CPU、内存、I/O接口。CPU中的指令系统是软 硬件的接口。 操作系统:控制和协调硬件资源执行多个应用程序 的程序。由于操作系统处在软硬件中心位置,故此 也称为核心或内核。 实用程序:由计算机系统提供的用以解决用户计算 问题的一组系统软件和应用软件。例如系统软件有: 编译器、汇编器、文本编辑器等等。应用软件有: 数据库系统,视频游戏以及税收系统等等。 用户:使用计算机的对象,包括人、机器以及与该 计算机相连接的其他计算机。
Linux简介与安装

第1章Linux简介与安装1991年荷兰赫尔辛基大学一名大二学生林纳斯·托瓦兹(Linus B. Torvalds)编写了Linux系统,并将其放在互联网上。
经过这20年的发展,Linux系统已经扩展到各个领域,从拥有成千上万个CPU的超级计算机到只有几个芯片组成的单片机,随处可见Linux系统的身影。
正是因为Linux的流行,笔者特意编写了此书,让读者可以更好地学习Linux。
本章主要涉及的知识点如下。
❑介绍Linux系统、主要发行版及Linux系统的优势等内容。
❑简述Linux系统中的存储及目录结构。
❑介绍VMware Workstation软件和虚拟化在企业中的应用。
❑以VMware虚拟机安装Linux操作系统为例,讲解Linux系统的安装过程及安装过程中的建议等内容。
1.1 Linux系统简介通常所说的Linux操作系统,是对使用Linux内核的一类操作系统的统称,这些操作系统的主要结构包括:Linux内核、人机交互程序、应用程序等。
本节将简单介绍Linux 的用途和优势。
说明:Linux内核是操作系统的核心部分,主要负责管理进程、存储设备和网络接口等。
无论何种操作系统,内核都至关重要,其决定了操作系统的许多性能指标。
小知识:Linux隶属于GNU(GNU’s Not UNIX)计划,该计划的目标是建立一个自由的操作系统,即自由地使用、复制、修改、发布操作系统及其中的软件。
GNU计划还包括许多软件,例如文本编辑器GNU Emacs、GCC等。
GNU/Linux操作系统通常被简称为Linux,如果没有特殊说明,本书中的Linux即指GNU/Linux。
1.1.1 Linux能做什么Linux究竟能为我们做些什么呢?这是每个用户都关心的问题。
目前Linux系统的应用主要分为桌面环境和企业环境两个方面,本小节将从这两个方面简单介绍Linux系统的应用。
1.桌面环境对于家庭用户而言,Linux提供了比较方便的KDE和GNOME桌面环境。
linux中内存优化的方法

linux中内存优化的方法如何在Linux系统中进行内存优化引言:在Linux系统中,内存管理是非常重要的一项任务,它直接影响着系统的性能和稳定性。
一个高效的内存管理策略可以提高系统的吞吐量,减少延迟,提高响应速度。
本文将介绍一些常用的方法和策略,帮助用户进行Linux系统的内存优化。
一、了解Linux内存管理机制在开始优化内存之前,我们需要了解Linux的内存管理机制。
Linux内核使用页面机制来管理内存,将物理内存划分为一个个大小相等的页面。
Linux使用页表来记录页面的使用情况,并采用虚拟内存管理技术将其与物理内存映射起来。
内核根据页面的使用情况来管理内存,包括页面分配、页面回收和页面交换等。
二、观察和分析内存使用情况在进行内存优化之前,我们需要了解当前系统的内存使用情况。
可以通过工具如top、free等来观察系统的内存占用情况。
在观察内存占用时,需要注意以下几个指标:总内存使用量、空闲内存量、缓存和缓冲区使用量、交换内存使用量等。
这些指标可以帮助我们判断系统是否存在内存不足或内存泄漏等问题。
三、优化内存分配策略Linux内存管理机制中的一项重要任务是内存分配。
优化内存分配策略可以使系统更加高效地利用内存资源。
以下是一些常用的内存分配优化策略:1. 预分配内存池:对于需要频繁分配和释放内存的应用程序,可以使用内存池技术进行优化。
通过预先分配一块连续的内存空间,应用程序可以直接从内存池中获取内存,而不需要频繁的内存分配和释放操作,从而提高效率。
2. 使用伙伴系统算法:Linux内存管理中使用伙伴系统算法来分配大块的内存页。
这个算法将可用内存分成不同的块,每个块的大小都是2的幂次方。
应用程序可以使用kmalloc函数来分配和释放这样的内存块,而不需要频繁地进行页表的更新操作。
3. 避免过度分页:在Linux中,过度分页会导致额外的开销,降低系统的性能。
可以通过合理设置分页大小来避免过度分页。
同时,可以使用Transparent Huge Pages(THP)来减少页表的数量,提高内存的访问效率。
操作系统课程设计Linux

操作系统课程设计Linux一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握Linux操作系统的核心概念、原理和应用技能。
通过本课程的学习,学生将能够:1.理解操作系统的基本原理,包括进程管理、内存管理、文件系统和输入/输出系统。
2.掌握Linux操作系统的安装、配置和管理方法。
3.熟练使用Linux命令行界面,进行日常操作和系统管理。
4.掌握Linux常用命令、 shell脚本编写和系统监控工具的使用。
5.了解Linux操作系统在服务器、嵌入式设备和云计算等领域的应用。
二、教学内容本课程的教学内容分为五个部分:1.操作系统概述:介绍操作系统的定义、功能和分类,以及Linux操作系统的历史和发展。
2.进程管理:讲解进程的基本概念、进程控制、进程同步和互斥、死锁及其解决方法。
3.内存管理:介绍内存分配与回收策略、内存保护、虚拟内存和分页分段机制。
4.文件系统:讲解文件和目录结构、文件访问控制、文件系统性能优化和磁盘空间分配策略。
5.输入/输出系统:介绍I/O设备管理、中断和DMA机制、设备驱动程序和I/O调度策略。
三、教学方法本课程采用多种教学方法相结合的方式,以提高学生的学习兴趣和主动性:1.讲授法:教师讲解操作系统的核心概念和原理,引导学生掌握基本知识。
2.讨论法:学生针对实际案例和问题进行讨论,培养学生的思考和分析能力。
3.案例分析法:分析Linux操作系统的实际应用案例,使学生了解操作系统的应用场景。
4.实验法:安排实验室课时,让学生亲自动手进行系统安装、配置和调试,提高学生的实践能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括:1.教材:选用权威、实用的Linux操作系统教材,如《Linux操作系统原理与应用》。
2.参考书:提供相关的学术论文、技术博客和在线文档,供学生拓展阅读。
3.多媒体资料:制作课件、教学视频和演示文稿,辅助学生理解和记忆。
4.实验设备:提供Linux服务器、虚拟机和实验室环境,让学生进行实际操作。
Linux操作系统中的内存管理和优化技术

Linux操作系统中的内存管理和优化技术在Linux操作系统中,内存管理是一项非常重要的任务。
因为在计算机系统中,内存是最主要的资源之一,也是最容易被浪费或滥用的资源之一。
因此,在Linux系统中要做好内存管理,就必须要清楚该系统如何使用内存、怎样管理内存,以及如何优化内存使用。
一、Linux内存的分类在Linux系统中,我们一般将内存分为两种类型:物理内存和虚拟内存。
物理内存是指计算机实际存在的内存,而虚拟内存是指计算机中的硬盘空间,它在计算机中被用作为一种虚拟化内存的技术。
这种技术使得计算机可以虚拟出额外的内存空间,从而提高系统的内存使用效率。
二、Linux内存的使用在Linux系统中,内存不是一次性分配给所有程序使用的,而是按需分配的。
当系统需要更多内存时,它会从空闲的内存中分配出一部分,然后再使用这些内存来支持系统进程和应用程序。
此外,Linux系统中还有一个内存缓存,它可以帮助系统将经常被访问的数据存储在内存中,以便快速响应用户请求。
三、Linux内存管理在Linux系统中,内存管理模块负责管理系统的内存使用。
这个模块会跟踪系统内存使用情况,并将一部分内存分配给正在运行的进程和应用程序。
此外,如果系统内存使用过量,内存管理模块还能回收不必要的内存,并将其分配给更需要的进程或应用程序。
四、Linux内存优化技术1. 内存调整在Linux系统中,我们可以使用内存调整技术来优化内存使用。
这种技术可以通过修改内核参数来增加系统的内存使用效率。
我们可以使用sysctl命令来修改内核参数。
2. 内存抖动在Linux系统中,如果内存使用过量,就会出现内存抖动的情况。
内存抖动是指系统频繁地将一页内存从内存中换出,然后再将其换入内存。
这种过程会导致系统速度变慢,因此我们需要采取一些措施来优化内存使用。
我们可以在系统中使用Swap分区和Swap文件来降低内存抖动的风险。
3. 内存清理在Linux系统中,我们可以使用内存清理技术来优化内存使用。
Linux入门基础教程

Linux⼊门基础教程转载⾃:1. 1 Linux操作系统简介Linux是⼀套免费使⽤和⾃由传播的类Unix操作系统,是⼀个基于POSIX和UNIX的多⽤户、多任务、⽀持多线程和多CPU的操作系统。
它能运⾏主要的UNIX⼯具软件、应⽤程序和⽹络协议。
它⽀持32位和64位硬件。
Linux继承了Unix以⽹络为核⼼的设计思想,是⼀个性能稳定的多⽤户⽹络操作系统。
1991年的10⽉5⽇,Linux创始⼈林纳斯·托⽡兹(Linus Torvalds)在comp.os.minix新闻组上发布消息,正式向外宣布Linux内核的诞⽣,1994年3⽉,Linux 1.0发布,代码量17万⾏,当时是按照完全⾃由免费的协议发布,随后正式采⽤GPL(General Public License的缩写,是⼀份GNU通⽤公共授权)协议。
Linux具有如下优点:Ø 稳定、免费或者花费少Ø 安全性⾼Ø 多任务,多⽤户Ø 耗资源少Ø 由于内核⼩,所以它可以⽀持多种电⼦产品,如:Android⼿机、PDA等。
1. 2 Linux发展趋势随着IT产业的不断发展,⽤户对⽹站体验要求也越来越⾼,⽽⽬前主流⽹站后端承载系统都是Linux系统,⽬前Android⼿机全部基于Linux内核研发。
企业⼤数据、云存储、虚拟化等先进技术都是基于Linux系统。
2010年据有关权威部门统计:将来⼏年内我国软件⾏业的从业机会⼗分庞⼤,中国每年对软件⼈才的需求将达到50万⼈左右。
⽽对于Linux 专业⼈才的就业前景,更是⼴阔;据悉在未来5-10年内 Linux 专业⼈才的需求将达到 120 万+!尤其是有经验的资深的Linux⼯程师⽬前⾮常的缺乏,薪资也是⾮常诱⼈,平均⽉薪都是15-20K,能⼒强的薪资更⾼。
所以机会对每个⼈都是公平的,关键是我们每个⼈如何去⾏动,选择⼤于努⼒。
1. 3 Linux系统安装在安装Linux系统之前,先来了解windows系统结构,windows系统⼀般是安装在C盘系统盘,同样Linux也有类似的系统盘(/根分区),Linux通常分区为(根分区/、swap分区),Linux系统以⽂件的存储⽅式,所有的⽂件都是存储在某个⽬录下的,类似于windows的⽂件夹。
linux内存机制

linux内存机制
Linux内存机制是指Linux操作系统中对内存的管理和分配机制。
Linux内存机制是由内核实现的,其目的是为了确保系统稳定性和高效性。
Linux 内存机制包括物理内存管理、虚拟内存管理、内存映射、内存分配和释放等方面。
物理内存管理是指对物理内存的管理和控制。
Linux 内核通过内存映射和页表管理,将物理内存映射到虚拟内存中,实现了内存的隔离和保护。
虚拟内存管理是指对虚拟内存的管理和控制。
Linux 内核通过虚拟内存管理,将进程的逻辑地址空间映射到物理内存中,实现了多个进程的共享内存空间。
内存映射是指将一个文件或设备映射到进程的地址空间中,从而使得这个文件或设备可以像内存一样被访问。
内存分配和释放是指对内存的动态分配和释放。
Linux 内核提供了多种内存分配器,如 SLUB、SLAB 和 Buddy 等,可以根据不同场
景选择不同的内存分配器。
总之,Linux 内存机制是 Linux 操作系统中一个非常重要的子
系统,它为系统提供了高效的内存管理和分配机制,为系统的稳定性和高效性提供了保障。
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linux内存隔离机制

linux内存隔离机制Linux操作系统中的内存隔离机制是指将一个进程的内存空间与其他进程的内存空间分隔开来,从而确保每个进程都有足够的私有内存空间,并保障进程之间的安全和隔离。
内存隔离机制有很多种方式,包括进程地址空间、用户空间与内核空间分离、进程沙盒以及网络隔离等。
以下是关于Linux的内存隔离机制的更多详细信息。
1. 进程地址空间Linux中的每个进程都有自己的地址空间,包括用户空间和内核空间。
进程的用户空间是指进程可用的内存区域,包括程序、数据、堆栈等。
内核空间是指操作系统核心使用的内存区域。
分配给进程的内存空间是虚拟内存,而不是物理内存。
操作系统通过页机制将虚拟内存映射到物理内存中。
进程地址空间的分离保证了每个进程的地址空间是私有的,并且防止了各种内存干扰,如字节序列重叠、空间污染等。
2. 用户空间与内核空间分离Linux内核对用户空间和内核空间实行了完全不同的内存管理机制,从而实现了对进程的隔离和保护。
用户空间是进程独有的,而内核空间则是属于操作系统内核的。
在Linux的内核中,许多系统调用都可以通过用户空间和内核空间之间的界面进行访问。
3. 进程沙盒在Linux环境下,进程沙盒是一种常用的内存隔离机制。
每个进程运行在一个独立的沙盒中,包括私有的进程地址空间、文件系统、网络接口等。
进程沙盒机制可以有效地隔离不同进程之间的系统资源,防止了恶意进程的攻击和干扰,并提高了系统的安全性和稳定性。
4. 网络隔离在Linux中,使用Linux容器技术实现网络隔离机制。
Linux容器是一种虚拟化技术,它允许多个相互独立的虚拟网络在同一物理网络上运行,从而实现了不同的进程之间的网络隔离,防止了网络攻击和干扰。
linux内存计算方法

linux内存计算方法
Linux内存计算方法是指在Linux系统中计算可用内存的一种方法。
在Linux中,内存被分为物理内存和虚拟内存两部分。
物理内存是指计算机实际拥有的内存,而虚拟内存是在物理内存的基础上,通过硬盘等外部存储设备来扩展内存容量。
在计算可用内存时,需要考虑系统的缓存和交换分区。
缓存是系统将最近使用的数据存储在内存中,以便下次访问时能够更快地加载。
交换分区是指在内存容量不足时,系统将部分内存数据存储到硬盘中,以释放内存空间。
计算可用内存的公式为:可用内存 = 物理内存 - 已使用的内存- 缓存 - 交换分区。
其中已使用的内存可以通过运行“free”命令
查看,而缓存和交换分区需要通过运行“cat /proc/meminfo”命令
来查询。
在实际应用中,为了避免系统出现内存不足的情况,可以通过调整系统的缓存和交换分区大小来优化内存使用效率。
此外,还可以通过增加物理内存容量来提升系统的性能表现。
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2024《Linux操作系统》教学大纲

01引言Chapter课程背景与意义01掌握Linux操作系统的基本概念、体系结构和常用命令。
020304理解Linux文件系统、进程管理、内存管理、设备管理等核心原理。
学会配置和管理Linux服务器,包括网络配置、安全设置、软件安装与卸载等。
培养学生的实践能力和问题解决能力,能够独立完成实验项目和解决常见问题。
教学目标与要求教材与参考资料01020302 LinuxChapter由Linus Torvalds 于1991年首次发布,至今已广泛应用于服务器、嵌入式设备、超级计算机等领域Linux操作系统基于Unix思想,具有模块化设计、多任务、多用户等特点Linux是一种自由和开放源码的类UNIX操作系统Linux操作系统简介Linux发展历史及现状01020301020304开放源码强大的网络功能高度可定制高稳定性和可靠性Linux 特点与优势应用领域及前景展望服务器领域嵌入式设备超级计算机云计算和大数据03 LinuxChapter虚拟机软件选择与安装虚拟机软件介绍VMware Workstation、VirtualBox等虚拟机软件安装步骤下载、安装、配置虚拟机软件虚拟机网络配置设置虚拟机网络模式,如桥接模式、NAT模式等Linux发行版选择及下载Linux发行版介绍发行版选择建议下载Linux镜像文件系统安装步骤详解创建虚拟机配置虚拟机硬件安装Linux系统安装后配置基本配置与优化建议网络配置设置Linux系统的网络参数,如IP地址、DNS等系统更新与软件安装使用包管理器更新系统、安装常用软件系统优化建议关闭不必要的服务、调整系统参数等,提高系统性能安全配置建议设置防火墙、禁用root远程登录等,提高系统安全性04 LinuxChapterls cd pwdtouch cp mvrm find显示文件内容。
cat文本编辑和处理命令分页显示文件内容。
more/less显示文件的开头/结尾部分。
linux内核原理

linux内核原理Linux内核是一种开源的操作系统内核,它是操作系统最底层的部分,负责管理计算机的各种硬件资源并提供给其他软件运行所需的服务。
本文将介绍Linux内核的原理,包括其架构、进程管理、内存管理和文件系统等方面。
Linux内核的架构是以模块化的方式设计的,主要由核心模块、设备驱动程序、文件系统和网络协议栈等组成。
核心模块是内核的主要部分,负责处理系统调用、进程管理和内存管理等功能。
设备驱动程序用于管理和控制计算机的硬件设备,文件系统用于管理计算机上的文件和目录,而网络协议栈则是负责处理网络通信的部分。
进程管理是Linux内核的核心功能之一、进程是指在运行中的程序,Linux内核通过进程管理功能来创建、调度和终止进程。
每个进程都有自己的进程控制块(PCB),内核利用PCB保存进程的状态信息,包括进程的代码、数据、堆栈和打开的文件等。
内存管理是Linux内核的另一个重要功能。
内核通过内存管理功能来为进程分配和管理内存。
Linux内核使用虚拟内存技术,将物理内存分成固定大小的页,并为每个进程分配虚拟地址空间。
内核通过页表来管理虚拟地址空间和物理内存之间的映射关系,以实现进程之间的隔离和保护。
文件系统是Linux内核的一个重要组成部分。
Linux内核支持多种文件系统,包括常见的ext4、NTFS和FAT等。
文件系统管理计算机上的文件和目录,通过文件系统接口提供对文件的读写和操作。
Linux内核利用文件描述符来标识打开的文件,并通过虚拟文件系统层将文件系统的具体实现与应用程序解耦。
除了上述功能,Linux内核还负责处理中断和系统调用等事件。
中断是计算机硬件的一种机制,用于通知内核有特定的事件发生,如硬件故障或外部设备的输入。
内核通过注册中断处理程序来响应中断事件,并进行相应的处理。
系统调用是应用程序与内核之间的接口,应用程序可以通过系统调用请求内核执行特定的操作。
总结来说,Linux内核是一种开源的操作系统内核,负责管理计算机的各种硬件资源并提供给其他软件运行所需的服务。
Linux操作系统案例教程电子教案 第8章 外存管理

Linux 外存管理
4. 卸载文件系统umount
格式:#umount [参数] <装载点> 功能: 参数: -t 文件系统类型 //指定文件系统类型 实例: # umount /mnt/cdrom
Linux 外存管理
5. 检测文件系统fsck
格式:# fsck [参数] <设备文件名> 功能: 参数: -p // 自动修复检测到的错误 实例: # fsck -p /dev/hda5
Linux 外存管理
Last cylinder: 注意:此处有四种表示法 (1)柱面数 (2)+1024000 (3)+2048M (4)+2048000K Command (m for help):w
Linux 外存管理
(2)删除分区:
要求:删除3号分区 # fdisk /dev/hda Command (m for help):d Partition number(1-n):3 Command(m for help):w
Linux 外存管理
实例: 把/dev/hda5在系统启动时自动装载到目录 /abc下,且备份频率为0,检查顺序为1 步骤: # vi /etc/fstab 添加如下内容: /dev/hda5 /abc ext2 defaults 0 1
Linux 外存管理
注: 一个设备可以同时被装载到不同的目录中,一个目录 也可以同时装载到不同的设备;一个目录一旦被装 载,该目录下原有的内容将被全部隐藏,如果取消 装载,文件又会重现; /etc/mtab用于记录系统已经装载的文件系统;
Linux 外存管理
9.其他相关命令 # quotaoff [参数] [挂载点] //关闭磁盘配额限制,参数同quotaon #quotaoff –uv /home #quota <用户名/ -g 组名> //查看指定用户或组的磁盘配额信息 #quota u1(显示U1用户的使用情况) # quota (显示当前用户使用情况)
linux操作系统 基础、原理与应用 pdf

linux操作系统基础、原理与应用 pdf一、引言Linux操作系统是一种功能强大、安全可靠、易于使用的开源操作系统,广泛应用于服务器、超级计算机和移动设备上。
为了帮助读者全面了解Linux操作系统的基本概念、原理和应用,我们编写了这份《Linux操作系统基础、原理与应用pdf》。
本文档将涵盖以下内容:1. Linux基础概念2. Linux操作系统原理3. Linux应用场景和案例分析二、Linux基础概念1. Linux内核:介绍Linux内核的组成、功能和运行机制。
2. 文件系统:讲解Linux中的文件系统和目录结构,包括ext4、Btrfs等常用文件系统。
3. 进程管理:介绍Linux中的进程管理概念,包括进程、线程、僵尸进程等。
4. 系统用户和组:讲解Linux中的用户和组管理,包括用户和组的概念、创建、删除和权限设置等。
5. 设备管理:介绍Linux中的设备管理概念,包括硬件设备驱动、设备文件等。
6. 包管理:讲解Linux中的包管理工具,如APT、yum、dnf等。
7. 系统日志:介绍Linux中的系统日志和日志管理工具,如Syslog、Nagios等。
三、Linux操作系统原理1. Linux进程调度:介绍Linux中的进程调度算法和实现方式。
2. Linux内存管理:讲解Linux中的内存管理机制和原理。
3. Linux文件系统存储:介绍Linux中的文件系统存储机制和RAID技术。
4. Linux网络通信:讲解Linux中的网络通信机制和原理,包括TCP/IP协议栈、路由和DNS解析等。
5. Linux安全机制:介绍Linux中的安全机制和防护措施,如SELinux、防火墙等。
四、Linux应用场景和案例分析1. 服务器运维:介绍如何在服务器上安装和配置Linux,以及如何进行系统管理和维护。
2. 容器技术:讲解Docker和Kubernetes等容器技术的基本概念和使用方法。
linux内存保护机制

linux内存保护机制Linux内存保护机制是指操作系统在运行过程中对内存进行保护和管理的一套机制。
它能够确保系统的稳定性和安全性,防止恶意程序对内存进行非法访问和篡改。
本文将从内存保护的需求、具体机制、实现方法和应用实例等方面进行阐述。
一、内存保护的需求在操作系统中,内存是各个程序共享的资源,不同程序之间的内存空间应该相互隔离,互不干扰。
同时,恶意程序可能利用内存漏洞进行攻击,如缓冲区溢出、空指针引用等。
因此,为了保护系统的稳定性和安全性,需要实施内存保护机制。
二、内存保护机制的具体实现1. 地址空间隔离:操作系统通过虚拟内存技术将每个进程的内存空间隔离开来,使得每个进程只能访问自己的内存地址空间,从而防止进程之间的相互干扰。
同时,操作系统还将内核空间与用户空间进行隔离,使得用户程序无法直接访问内核空间的内存。
2. 内存分页:操作系统将物理内存划分成固定大小的页,每个进程的虚拟地址空间也被划分成相同大小的页。
通过页表的映射关系,将进程的虚拟地址映射到物理地址上。
这样可以实现内存的动态分配和隔离,同时也方便了内存保护的实施。
3. 访问权限控制:操作系统通过页表中的访问权限位来控制对内存的访问权限。
一般来说,每个页都有自己的读、写、执行权限。
只有当程序具有相应的权限时,才能对内存进行相应的操作。
这样可以防止恶意程序对内存进行非法操作。
4. 内存完整性保护:操作系统通过硬件提供的内存完整性保护机制来检测和防止内存数据的篡改。
例如,使用内存校验码来检测内存数据的完整性,一旦发现数据被篡改,系统会立即中断程序的执行,以保护系统的安全。
三、内存保护机制的实现方法1. 硬件支持:现代处理器提供了一些硬件机制来支持内存保护,如MMU(内存管理单元)和硬件中断等。
MMU负责虚拟地址到物理地址的转换,从而实现地址空间隔离和访问权限控制。
硬件中断能够检测到内存数据的异常改变,并触发相应的保护机制。
2. 操作系统支持:操作系统提供了一些系统调用和接口,使得开发人员可以利用这些接口来实现对内存的保护。
linux操作系统对进程占用内存的最大限制

linux操作系统对进程占用内存的最大限制1. 引言1.1 概述在现代计算机系统中,进程是操作系统的核心概念之一。
进程是指正在运行的程序实例,它在内存中分配了一定的空间来存储代码、数据和堆栈等信息。
然而,在Linux操作系统中,为了避免单个进程占用过多的内存资源导致系统性能下降或崩溃的风险,操作系统对进程占用内存设置了一定的限制。
本文旨在探讨Linux操作系统对进程占用内存的最大限制,并提供相关背景知识、概念解释以及具体设置方法和处理策略。
通过深入研究Linux内存管理机制和限制,我们可以更好地理解这一关键问题,并为系统管理员、开发人员和用户提供有关如何管理和优化进程内存使用的指导。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分:引言、Linux操作系统简介、进程与内存管理概述、Linux 操作系统对进程内存占用的限制以及结论与展望。
引言部分将介绍文章的背景和目标,同时概述本文的结构安排,帮助读者了解全文内容框架。
Linux操作系统简介部分将回顾Linux操作系统的发展历史,并介绍其特点和背景信息,为后续对Linux内存限制的讨论提供必要的上下文。
进程与内存管理概述部分将解释进程和内存管理的基本概念,在Linux上探讨内存模型,包括虚拟内存、页表和页表项等关键概念。
Linux操作系统对进程内存占用的限制部分将重点讨论Linux中设置和调整进程的内存限制方式,包括最大进程内存占用限制、设置方法以及处理超出限制情况下操作系统的行为。
结论与展望部分将总结本文主要内容和发现,并展望Linux操作系统未来在内存管理方面的发展趋势与挑战。
1.3 目的本文旨在帮助读者全面了解Linux操作系统对进程占用内存的最大限制。
通过介绍相关背景知识、概念解释以及具体设置方法和处理策略,读者将能够更好地理解Linux操作系统在进程内存管理方面所做的工作,从而使他们能够更有效地管理和优化系统资源使用。
同时,本文也旨在揭示Linux操作系统未来在内存管理方面可能面临的挑战,并展望其发展趋势。
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我们先来看下Linux内存布局,此图比我之前写的那篇文章写的布局更详细。
在linux中,每一个进程都被抽象为task_struct结构体,称为进程描述符,存储着进程。
各方面的信息;例如打开的文件,信号以及内存等等;然后task_struct 的一个属性mm_struct管理着进程的所有虚拟内存,称为内存描述符。
在mm_struct结构体中,存储着进程各个内存段的开始以及结尾,如上图所示;这个进程使用的物理内存,即常驻内存RSS页数,这个内存使用的虚拟地址空间VSZ页数,还有这个进程虚拟内存区域集合和页表。
从上面这个图可以看出,进程是有代码段Text segment,数据段(已初始化的全局,静态变量),BSS段(未初始化的全局,静态变量),堆,内存映射区以及栈。
Linux 内存是后台开发人员,需要深入了解的计算机资源。
合理的使用内存,有助于提升机器的性能和稳定性。
本文主要介绍Linux 内存组织结构和页面布局,内存碎片产生原因和优化算法,Linux 内核几种内存管理的方法,内存使用场景以及内存使用的那些坑。
从内存的原理和结构,到内存的算法优化,再到使用场景,去探寻内存管理的机制和奥秘。
每一块虚拟内存区(VMA)都是由一块连续的虚拟地址组成,这些地址从不覆盖。
一个vm_area_struct实例描述了一块内存区域,包括这块内存区域的开始以及结尾地址;flags标志决定了这块内存的访问权限和行为;vm_file决定这块内存是由哪个文件映射的,如果没有文件映射,则这块内存为匿名的(anonymous)。
上述图中提到的每个内存段,都对应于一个vm_area_struct结构。
如下图所示上图即为/bin/gonzo进程的内存布局。
程序的二进制文件映射到代码段和数据段,代码段为只读只执行,不可更改;全局以及静态的未初始化的变量映射到BSS段,为匿名映射,堆和栈也是匿名映射,因为没有相应的文件映射;内存映射区可以映射共享库,映射文件以及匿名映射,所以这块内存段可以是文件映射也可以是匿名映射。
而且不同的文件,映射到不同的vm_area_struct 区。
这些vm_area_struct集合存储在mm_struct中的一个单向链表和红黑树中;当输出/proc/pid/maps文件时,只需要遍历这个链表即可。
红黑树主要是为了快速定位到某一个内存块,红黑树的根存储在mm_rb域。
一、走进Linux 内存1、内存是什么?1)内存又称主存,是CPU 能直接寻址的存储空间,由半导体器件制成2)内存的特点是存取速率快虚拟内存是不存储任何数据的,它只是将地址空间映射到物理内存。
物理内存有内核伙伴系统分配,如果一块物理内存没有被映射,就可以被伙伴系统分配给虚拟内存。
刚分配的物理内存叶框可能是匿名的,存储进程数据,也可能是也缓存,存储文件或块设备的数据。
一块虚拟内存vm_area_struct块是由连续的虚拟内存页组成的,而这些虚拟内存块映射的物理内存却不一定连续,如下图所示:如上图所示,有三个页映射到物理内存,还有两个页没有映射,所以常驻内存RSS为12kb,而虚拟内存大小为20kb。
对于有映射到物理内存的三个页的页表项PTE的Present标志设为1,而两个没有映射物理内存的虚拟内存页表项的Present位清除。
所以这时访问那两块内存,则会导致异常缺页。
2、内存的作用•1)暂时存放 cpu 的运算数据•2)硬盘等外部存储器交换的数据•3)保障 cpu 计算的稳定性和高性能二、 Linux 内存地址空间1、Linux 内存地址空间 Linux 内存管理全貌1,内核给每个进程提供一个独立的虚拟机地址空间,并且这个地址空间是连续的2,虚拟地址空间内部又被分为内核空间和用户空间3,32位和64位系统的虚拟地址空间32 位系统的内核空间占用 1G,位于最高处,剩下的 3G 是用户空间。
而 64 位系统的内核空间和用户空间都是 128T,分别占据整个内存空间的最高和最低处,剩下的中间部分是未定义的。
4,进程在用户态时,只能访问用户空间内存;只有进入内核态后,才可以访问内核空间内存5,只有实际使用的虚拟内存才会被分配物理内存,通过内存映射来管理6,内存映射,就是将虚拟内存地址映射到物理内存地址。
为了完成内存映射,内核为每个进程都维护了一张表,记录虚拟地址与物理地址的映射关系2、内存地址——用户态&内核态•用户态:Ring3 运行于用户态的代码则要受到处理器的诸多•内核态:Ring0 在处理器的存储保护中,核心态•用户态切换到内核态的 3 种方式:系统调用、异常、外设中断•区别:每个进程都有完全属于自己的,独立的,不被干扰的内存空间;用户态的程序就不能随意操作内核地址空间,具有一定的安全保护作用;内核态线程共享内核地址空间;3、内存地址——MMU 地址转换•MMU 是一种硬件电路,它包含两个部件,一个是分段部件,一个是分页部件•分段机制把一个逻辑地址转换为线性地址•分页机制把一个线性地址转换为物理地址4、内存地址——分段机制1) 段选择符•为了方便快速检索段选择符,处理器提供了 6 个分段寄存器来缓存段选择符,它们是:cs,ss,ds,es,fs 和 gs•段的基地址(Base Address):在线性地址空间中段的起始地址•段的界限(Limit):在虚拟地址空间中,段内可以使用的最大偏移量2) 分段实现•逻辑地址的段寄存器中的值提供段描述符,然后从段描述符中得到段基址和段界限,然后加上逻辑地址的偏移量,就得到了线性地址5、内存地址——分页机制(32 位)•分页机制是在分段机制之后进行的,它进一步将线性地址转换为物理地址•10 位页目录,10 位页表项,12 位页偏移地址•单页的大小为 4KB6、用户态地址空间•TEXT:代码段可执行代码、字符串字面值、只读变量•DATA:数据段,映射程序中已经初始化的全局变量•BSS 段:存放程序中未初始化的全局变量•HEAP:运行时的堆,在程序运行中使用 malloc 申请的内存区域•MMAP:共享库及匿名文件的映射区域•STACK:用户进程栈代码段中存放可执行的指令,在内存中,为了保证不会因为堆栈溢出被覆盖,将其放在了堆栈段下面。
通常来讲代码段是共享的,这样多次反复执行的指令只需要在内存中驻留一个副本即可,比如 C 编译器,文本编辑器等。
代码段一般是只读的,程序执行时不能随意更改指令,也是为了进行隔离保护。
初始化数据段有时就称之为数据段。
数据段是一个程序虚拟地址空间的一部分,包括一全局变量和静态变量,这些变量在编程时就已经被初始化。
数据段是可以修改的,不然程序运行时变量就无法改变了,这一点和代码段不同。
数据段可以细分为初始化只读区和初始化读写区。
这一点和编程中的一些特殊变量吻合。
比如全局变量 int global n = 1就被放在了初始化读写区,因为 global 是可以修改的。
而 const int m = 2 就会被放在只读区,很明显,m 是不能修改的。
未初始化数据段有时称之为 BSS 段,BSS 是英文 Block Started by Symbol 的简称,BSS 段属于静态内存分配。
存放在这里的数据都由内核初始化为 0。
未初始化数据段从数据段的末尾开始,存放有全部的全局变量和静态变量并被,默认初始化为 0,或者代码中没有显式初始化。
比如 static int i; 或者全局 int j; 都会被放到BSS段。
栈 (stack) 是现代计算机程序里最为重要的概念之一,几乎每一个程序都使用了栈,没有栈就没有函数,没有局部变量,也就没有我们如今能够看见的所有的计算机语言。
7、内核态地址空间•直接映射区:线性空间中从 3G 开始最大 896M 的区间,为直接内存映射区•动态内存映射区:该区域由内核函数 vmalloc 来分配•永久内存映射区:该区域可访问高端内存•固定映射区:该区域和 4G 的顶端只有 4k 的隔离带,其每个地址项都服务于特定的用途,如:ACPI_BASE 等8、进程内存空间•用户进程通常情况只能访问用户空间的虚拟地址,不能访问内核空间虚拟地址•内核空间是由内核负责映射,不会跟着进程变化;内核空间地址有自己对应的页表,用户进程各自有不同额页表三、 Linux 内存分配算法内存管理算法:对讨厌自己管理内存的人来说是天赐的礼物。
1、内存碎片1)基本原理•产生原因:内存分配较小,并且分配的这些小的内存生存周期又较长,反复申请后将产生内存碎片的出现•优点:提高分配速度,便于内存管理,防止内存泄露•缺点:大量的内存碎片会使系统缓慢,内存使用率低,浪费大2)如何避免内存碎片•少用动态内存分配的函数(尽量使用栈空间)•分配内存和释放的内存尽量在同一个函数中•尽量一次性申请较大的内存,而不要反复申请小内存•尽可能申请大块的 2 的指数幂大小的内存空间•外部碎片避免——伙伴系统算法•内部碎片避免——slab 算法•自己进行内存管理工作,设计内存池2、伙伴系统算法——组织结构1) 概念•为内核提供了一种用于分配一组连续的页而建立的一种高效的分配策略,并有效的解决了外碎片问题•分配的内存区是以页框为基本单位的2)外部碎片•外部碎片指的是还没有被分配出去(不属于任何进程),但由于太小了无法分配给申请内存空间的新进程的内存空闲区域3) 组织结构•把所有的空闲页分组为 11 个块链表,每个块链表分别包含大小为 1,2,4,8,16,32,64,128,256,512 和 1024 个连续页框的页块。
最大可以申请 1024 个连续页,对应 4MB 大小的连续内存。
3、伙伴系统算法——申请和回收1)申请算法•申请 2^i 个页块存储空间,如果 2^i 对应的块链表有空闲页块,则分配给应用•如果没有空闲页块,则查找 2^(i 1) 对应的块链表是否有空闲页块,如果有,则分配 2^i 块链表节点给应用,另外 2^i 块链表节点插入到 2^i 对应的块链表中•如果 2^(i 1) 块链表中没有空闲页块,则重复步骤 2,直到找到有空闲页块的块链表•如果仍然没有,则返回内存分配失败2) 回收算法•释放 2^i 个页块存储空间,查找 2^i 个页块对应的块链表,是否有与其物理地址是连续的页块,如果没有,则无需合并•如果有,则合并成 2^(i 1)的页块,以此类推,继续查找下一级块链接,直到不能合并为止3)条件•两个块具有相同的大小•它们的物理地址是连续的•页块大小相同4、如何分配 4M 以上内存?1)为何限制大块内存分配•分配的内存越大, 失败的可能性越大•大块内存使用场景少2)内核中获取 4M 以上大内存的方法•修改 MAX_ORDER, 重新编译内核•内核启动选型传递'mem='参数, 如'mem=80M,预留部分内存;然后通过•request_mem_region 和 ioremap_nocache 将预留的内存映射到模块中。