深入理解Linux虚拟内存管理

出版者:北京航空航天大学出版社

作者:[爱尔兰] Mel Gorman

页数:676

译者:白洛

出版时间:2006-1

价格:76.00元

装帧:平装

isbn号码:9787810777308

丛书系列:Bruce Perens开源系列

具体描述

VM的行为影响着Linux内核的每个子系统，并动态地改变整体性能。但直至目前，理解VM的惟一途径便是：逐行学习文档极少的源代码。而现在有了更简单快捷的可选方案。本书史无前例地详细描述了VM，不仅包括理论基础，而且还包括逐行的代码注释。它同样系统地涵盖了从物理内存描述到内存溢出管理的每个方面：

1.Linux VM 2.4 体系结构的层次，附图表和调用图

2.物理内存描述、页表、地址空间和内存分配

3.高端内存、交换、共享内存和更多的内容

4.专家级地指导如何分析开源项目

5.每个章节中有Linux 2.6内核的新特性

《深入理解Linux虚拟内存管理》将成为每个内核程序员和研究人员不可或缺的案头宝典。

作者简介

Mel Gorman曾获得爱尔兰利马瑞克大学的计算机学士和硕士学位。他的研究领域广泛：从网页开发到摄影机的实时显示系统。Mel Gorman认为，即使是最难以攻克的项目也并没有想象中那么艰难。他曾经还担任过系统管理员，主要管理Linux, 也涉及到Solaris和Windows。现今Mel Gorman是都柏林IBM公司的Java程序开发员。

Mel Gorman的大部分技能都来自于他自己在利马瑞克大学的生活经历，与大学里计算机社区的广泛接触，以及实地工作经验这三者的完美结合。是计算机社区使他接触到了Linux，并相信Linux用途广泛，而绝不仅仅只是一个便利的邮箱地址。这个社区还使他对开放源码软件产生了兴趣，尤其是在Linux内核方面。他永远感激利马瑞克大学为他提供的这个平台，使他认识了许多有识之士，并有两年时间来研究VM。

闲暇时Mel Gorman喜欢和女友凯伦呆在一起，或者弹弹吉他（尽管并不擅长），读读手边的书籍，与朋友和家人（他们避免谈及有关VM的话题）一同消磨时光。又或是制订一些可能并无价值的计划（有时仅仅在想象中完成它们）。只要安迪说服他乘坐游艇是个不错的娱乐项目，他也会去尝试。Mel Gorman还在犹豫着是继续创作关于Linux的文章，还是向从前一样在Linux环境下编写程序，因为后者才是他最初的意愿。

目录信息

第1章 简介
1.1 开始启程 2
1.2 管理源码 4
1.3 浏览代码 9
1.4 阅读代码 11
1.5 提交补丁 12
第2章 描述物理内存
2.1 节点 14
2.2 管理区 16
2.3 管理区初始化 21
2.4 初始化mem_map 21
2.5 页面 22
2.6 页面映射到管理区 26
2.7 高端内存 26
2.8 2.6中有哪些新特性 27
第3章 页表管理
3.1 描述页目录 30
3.2 描述页表项 33
3.3 页表项的使用 34
3.4 页表项的转换和设置 36
3.5 页表的分配和释放 36
3.6 内核页表 37
3.7 地址和struct page之间的映射 39
3.8 转换后援缓冲区(TLB) 40
3.9 一级CPU高速缓存管理 41
3.10 2.6中有哪些新特性 44
第4章 进程地址空间
4.1 线性地址空间 50
4.2 地址空间的管理 52
4.3 进程地址空间描述符 53
4.4 内存区域 57
4.5 异常处理 72
4.6 缺页中断 74
4.7 复制到用户空间/从用户空间复制 81
4.8 2.6中有哪些新特性 82
第5章 引导内存分配器
5.1 表示引导内存映射 88
5.2 初始化引导内存分配器 89
5.3 初始化bootmem_data 89
5.4 分配内存 90
5.5 释放内存 91
5.6 销毁引导内存分配器 91
5.7 2.6中有哪些新特性 93
第6章 物理页面分析
6.1 管理空闲块 94
6.2 分配页面 96
6.3 释放页面 98
6.4 获得空闲页面（GFP）标志位 99
6.5 进程标志位 101
6.6 防止碎片 102
6.7 2.6中有哪些新特性 102
第7章 非连续内存分配
7.1 描述虚拟内存区 105
7.2 分配非连续区域 106
7.3 释放非连续内存 108
7.4 2.6中有哪些新特性 109
第8章 Slab分配器
8.1 高速缓存 113
8.2 Slabs 124
8.3 对象 131
8.4 指定大小的高速缓存 133
8.5 per?CPU 对象高速缓存 135
8.6 初始化slab分配器 137
8.7 伙伴分配器接口 138
8.8 2.6中有哪些新特性 138
第9章 高端内存管理
9.1 管理PKMap地址空间 140
9.2 映射高端内存页面 141
9.3 解除页面映射 143
9.4 原子性的映射高端内存页面 143
9.5 弹性缓冲区 144
9.6 紧急池 146
9.7 2.6中有哪些新特性 147
第10章 页面帧回收
10.1 页面替换策略 150
10.2 页面高速缓存 151
10.3 LRU链表 156
10.4 收缩所有的高速缓存 159
10.5 换出进程页面 161
10.6 页面换出守护程序(kswapd) 162
10.7 2.6中有哪些新特性 162
第11章 交换管理
11.1 描述交换区 166
11.2 映射页表项到交换项 169
11.3 分配一个交换槽 170
11.4 交换区高速缓存 171
11.5 从后援存储器读取页面 174
11.6 向后援存储器写页面 174
11.7 读/写交换区域的块 175
11.8 激活一个交换区 177
11.9 禁止一个交换区 178
11.10 2.6中有哪些新特性 179
第12章 共享内存虚拟文件系统
12.1 初始化虚拟文件系统 181
12.2 使用shmem函数 182
12.3 在tmpfs中创建文件 184
12.4 虚拟文件中的缺页中断 186
12.5 tmps中的文件操作 188
12.6 tmpfs中的索引节点操作 188
12.7 建立共享区 189
12.8 System V IPC 189
12.9 2.6中有哪些新特性 192
第13章 内存溢出管理
13.1 检查可用内存 193
13.2 确定OOM状态 194
13.3 选择进程 194
13.4 杀死选定的进程 195
13.5 是这样吗? 195
13.6 2.6中有哪些新特性 195
第14章 结束语
附录A 介绍
附录B 描述物理内存
B.1 初始化管理区 201
B.2 页面操作 214
附录C 页表管理
C.1 初始化页表 219
C.2 遍历页表 227
附录D 进程地址空间
D.1 进程内存描述符 232
D.2 创建内存区域 239
D.3 查找内存区域 285
D.4 对内存区域上锁和解锁 291
D.5 缺页中断 304
D.6 页面相关的磁盘I/O 330
附录E 启动内存分配
E.1 初始化引导内存分配器 370
E.2 分配内存 372
E.3 释放内存 381
E.4 释放引导内存分配器 383
附录F 物理页面分配
F.1 分配页面 391
F.2 分配辅助函数 402
F.3 释放页面 404
F.4 释放辅助函数 409
附录G 不连续内存分配
G.1 分配一块非连续的区域 411
G.2
· · · · · · (收起)

读后感

linux领域的权威著作比较有名的是ULK和LDD，这本书虽然不如那两本书有名气，但是却丝毫不逊色。对于linux内核而言，最基础的就是内存管理这一部分，对于想深入学习内核的人而言，这本书不容错过。 这本书的不足之处是，（1）源码是结合2.4来讲的，这就是它的价值大打折扣，不过...

linux领域的权威著作比较有名的是ULK和LDD，这本书虽然不如那两本书有名气，但是却丝毫不逊色。对于linux内核而言，最基础的就是内存管理这一部分，对于想深入学习内核的人而言，这本书不容错过。 这本书的不足之处是，（1）源码是结合2.4来讲的，这就是它的价值大打折扣，不过...

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linux领域的权威著作比较有名的是ULK和LDD，这本书虽然不如那两本书有名气，但是却丝毫不逊色。对于linux内核而言，最基础的就是内存管理这一部分，对于想深入学习内核的人而言，这本书不容错过。 这本书的不足之处是，（1）源码是结合2.4来讲的，这就是它的价值大打折扣，不过...

用户评价

这本书的价值在于它彻底“去神秘化”了Linux内存管理的黑箱操作。之前我总觉得内核对内存的控制像是一个魔法，而阅读这本书后，所有的魔法都被还原成了精密的算法和结构。它详尽描述了如何从硬件层面的页表遍历开始，到上层应用对共享内存的访问，中间所有的中介环节都被剖析得一览无余。我尤其喜欢其中关于内存共享和 COW（写时复制）策略的阐述，这不仅是内存优化的核心，也是理解进程间通信效率的关键。作者的写作风格大气磅礴，却又不失细节的刻画，使技术内容读起来毫不晦涩。对于我这种希望将理论知识转化为实际调试能力的读者而言，这本书无疑是一本殿堂级的著作，它提供的知识深度和广度，远远超过了任何入门或中级读物能够提供的范畴，是技术人案头必备的“内功心法”。

坦白说，初捧此书时，我有些忐忑，毕竟虚拟内存这个话题素有“硬骨头”之称。然而，作者构建的叙事方式极具说服力，完全没有枯燥的堆砌理论。它更像是一部讲述“资源争夺与调度”的史诗。书中对内存交换（Swapping）和页面置换算法的讨论尤为精彩，揭示了系统在物理内存不足时所采取的各种“权宜之计”和优化手段。我特别欣赏作者在描述竞争条件和锁机制时所表现出的严谨性，这直接关系到多核环境下内存操作的一致性。读到最后，我不再将内存管理视为一个孤立的模块，而是将其置于整个操作系统性能调优的大背景下进行理解。这本书极大地拓宽了我的视野，让我明白，优化程序性能，有时绕开 CPU 缓存，直接理解其背后的内存行为，才是王道。对于想深入理解系统瓶颈的朋友，这是一本不可或缺的指南。

我向来对那些只停留在表面概念的书籍感到厌倦，而这本关于Linux虚拟内存的深度剖析完全超出了我的预期。它真正做到了“深入”，仿佛作者直接将我们带到了内核源码的“案发现场”。最让我印象深刻的是对进程内存空间的管理，包括堆、栈、共享库的加载和分离。作者对 VMA（虚拟内存区域）结构的详尽解读，彻底打消了我之前对这些概念模糊的理解。它不仅仅是描述“发生了什么”，更是解释了“为什么会这样设计”，比如为什么需要 mmap 而不是简单的读写文件，以及缺页是如何被操作系统优雅地处理，从而实现了巨大的、几乎无限的地址空间假象。这本书的逻辑性极强，从硬件 MMU 的视角出发，逐步构建起软件层面的内存管理框架，层层递进，结构清晰，阅读体验极其酣畅淋漓。它迫使我去思考，现代操作系统是如何在有限的物理资源下，为成千上万的并发进程提供稳定而高效的隔离环境的。

如果说市面上大部分系统编程书籍只是给你一把撬棍，那么这本书简直就是提供了一整套全自动的液压拆解设备。它对虚拟内存的剖析细致入微，尤其是在处理用户空间与内核空间边界的交互时，展示了惊人的技术深度。我感觉自己仿佛亲身参与了内核的编译和调试过程，每一个宏定义、每一个结构体成员的作用都被阐释得清清楚楚。对于那些长期在应用层工作，却对系统崩溃或性能瓶颈感到困惑的开发者来说，这本书就像是一剂特效药。它教会你如何通过观察内存转储文件，或者分析 `/proc` 文件系统中的信息，来定位那些隐藏在深处的、关于内存碎片化或不当映射所导致的疑难杂症。文字的表达精准且富有条理，没有丝毫多余的赘述，每一个段落都紧密围绕核心技术点展开，体现了作者深厚的实践功底和严谨的学术态度。

这本书简直是一场对底层操作系统机制的奇妙冒险！我一直对计算机如何处理内存这个看似简单却无比复杂的问题感到好奇，而这本厚重的著作，如同一位经验老到的向导，把我带入了Linux内核那错综复杂的虚拟内存子系统中。它没有停留在教科书式的概念介绍，而是深入剖析了页表、TLB（转换后援缓冲器）、缺页异常处理等核心机制的实现细节。读完后，我对于程序如何从用户空间的逻辑地址平滑地映射到物理内存地址有了前所未有的清晰认知。特别是关于内存分配器 slab 和 buddy system 的章节，作者的讲解深入浅出，将那些抽象的数据结构与实际的性能权衡紧密地联系起来，让我深刻体会到，每一行系统调用背后，都隐藏着精妙的工程设计。对于任何想要从“会用”升级到“精通”Linux系统编程或内核开发的工程师来说，这本书提供的洞察力是无价的。它不是那种读完一遍就能完全消化的材料，更像一本工具书，值得反复研读，每次都会有新的领悟。

很多内容讲得较肤浅。Linux内存管理的设计演化、核心设计原则和实践都无一谈及。

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很多内容讲得较肤浅。Linux内存管理的设计演化、核心设计原则和实践都无一谈及。