系统启动流程:
1、CPU上电
2、内部电路控制CPU去0xFFFFFFF0这个位置取指令,
就是在这16个bytes中存着一个小程序把BIOS加载到内存某个位置
3、jmp跳到BIOS,BIOS会将某种启动方式的启动程序加载到0x7c00处
(比如说用U盘启动,它会把U盘最开始的512个字节加载到0x7c00处)
4、jmp跳到512个字节mbr程序,mbr读取磁盘的内容,并加载到0x8200处
5、jmp调到0x8200处,系统从实模式转为保护模式,然后将kernel加载到系统
(kernel开始用c写)
实模式 :实模式的“实”体现在程序中用到的地址都是真实的物理地址
保护模式 :保护模式下,CPU的32条地址线全部有效,可寻址高达4G字节的物理地址空间; 但是我们的内存寻址方式还是得兼容老办法(这也是没办法的,有时候是为了方便,有时候是一种无奈),即(段基址:段偏移量)的表示方式。当然此时CPU中的通用寄存器都要换成32位寄存器(除了段寄存器,原因后面再说)来保证寄存器能访问所有的4GB空间。
一、内存管理
内核空间和用户空间
64位操作系统的寻址空间(线性地址空间)为2的64次方,通常而言,操作系统虚拟地址空间无需这么大的空间,于是通常设定64位系统的虚拟地址寻址空间大小是48位,也就是 256T ,32位操作系统的寻址空间是4G,由此分析
MMU是内存管理单元,物理内存和进程使用的内存(虚拟内存)有一种映射关系,用进程为单位映射,不同进程可以使用相同的虚拟内存,相同虚拟内存可映射到不同的物理内存上。
mmu通过分段分页,把虚拟地址映射到物理内存上
分页机制:
采用分页内存管理时,内存就分成大小相同的页,一页就是内存管理的基本单位。一般来说,一页的大小为4k。页的基地址4k对齐。
x86的32位处理其分页内存管理模式有三个要素:页目录、页表和页。
想要访问一块内存区域,需要一个线性地址,这个地址应包含页目录信息、页表信息和页信息。
如果64位系统,则是4层分页
经过内存转换之后,最终得到内存的物理地址,获取的内容就是物理地址中的内容
伙伴系统:
在内核初始完成之后,内存管理的责任就由伙伴系统来承担,伙伴系统基于一种相对简单的算法,它主要用于管理内存中的页。
伙伴系统的分配器维护空闲页面所组成的块,这里每一块都是2的n次幂个页面(2^n,n称为阶)见图伙伴系统。
伙伴系统按阶来分配内存,分配内存时,首先从相应阶中查找是否有空闲内存,如果有则使用相应阶的内存,如果没有就向n+1阶申请内存。
n+1阶申请的页面将脱离开n+1阶的空闲链表,将其拆分为2个等大的n阶页面放入n阶的空闲链表中,这两个分配下来的内存称为伙伴。
回收内存与申请相反。
slab首先通过伙伴系统分配整数页个内存,再将也划分位更小的区域来管理,伙伴系统是Linux内存管理的基础。
cpu内存寻址通过分段进行
一个段:基地址+段界限+类型
虚拟地址:在段中的偏移地址
线性地址:基地址+偏移地址
物理地址:线性地址分页后得到的地址(如果没有开启分页机制,线性地址就=物理地址)
cow:在我们写代码malloc完以后,并没有马上占用那么大的物理内存,而仅仅是维护上面的虚拟地址空间而已,只有在真正需要的时候才分配物理内存,这就是COW(COPY-ON-WRITE:写时复制)技术,