Linux的内存分页管理方法

Linux内存分页管理简介

内存分页(Memory Paging)是操作系统中一种将物理内存和虚拟内存相互映射的技术，在Linux系统中，内存分页管理主要包括页表管理、页替换算法和页中断处理等几个部分，本文将详细介绍Linux内存分页管理的方法。

页表管理

1、页表结构

在Linux系统中，每个进程都有一个私有的页表，用于存储该进程的虚拟地址到物理地址的映射关系，页表的结构如下：

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页目录项包含了指向页表项的指针，页表项又包含了指向页内项的指针，页内项用于存储单个页面的信息，如页号、访问权限等。

2、页表操作函数

以下是一些常用的页表操作函数：

get_page_dir_entry():获取页目录项中的物理地址。

put_page_dir_entry():设置页目录项中的物理地址。

get_page_table_entry():获取页表项中的物理地址。

put_page_table_entry():设置页表项中的物理地址。

load_page():加载指定虚拟地址的页面到物理内存中。

store_page():将物理内存中的页面写回到指定虚拟地址。

init_mm():初始化进程的内存空间，包括创建页表、页目录等。

destroy_mm():销毁进程的内存空间，包括释放页表、页目录等。

页替换算法

1、最近最少使用(Least Recently Used,LRU)算法

LRU算法是一种简单的页面替换策略，它会选择最长时间未被访问的页面进行替换，当需要分配新页面时，首先检查最近最少使用的页面，如果该页面在一段时间内未被访问过，则将其从内存中移除并分配给新页面；否则，选择下一个最近最少使用的页面进行替换，这种算法可以有效地防止页面泄漏，但可能导致系统缺页率较高。

2、最佳置换算法(Best Fit)算法

最佳置换算法是一种基于理想情况下每次都选择最优页面进行替换的策略，在这种算法中，系统会遍历所有空闲页面，找到一个与新页面大小最接近且访问时间最短的页面进行替换，这种算法可以降低缺页率，但可能引入较长的缺页等待时间。

3、时钟算法(Clock Algorithm)算法

时钟算法是一种动态调整置换策略的算法，它根据系统的运行情况，定期对所有空闲页面按访问时间进行排序，然后选择最久未被访问的页面进行替换，这种算法可以有效地降低缺页率，同时减少缺页等待时间。

相关问题与解答

1、Linux系统中如何查看当前进程的虚拟地址空间？

答：pmap命令可以用来查看当前进程的虚拟地址空间。pmap -x 进程ID可以显示进程ID对应的虚拟地址空间。

2、如何查看Linux系统中可用内存的大小？

答：free命令可以用来查看Linux系统中可用内存的大小。free -h可以以人类可读的格式显示内存信息。

3、如何查看Linux系统中的缺页率？

答：vmstat命令可以用来查看Linux系统中的缺页率。vmstat 1每秒输出一次系统状态信息，其中包括缺页率。