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Linux 4.19内核中的内存管理:x86_64架构下的实现与源码解析

在现代操作系统中,内存管理是核心功能之一,它直接影响系统的性能、稳定性和多任务处理能力。Linux 内核在 x86_64 架构下,通过复杂的机制实现了高效的内存管理,涵盖了虚拟内存、分页机制、内存分配、内存映射、内存保护、缓存管理等多个方面。本文将深入探讨这些机制,并结合 Debian 10 所使用的 Linux 4.19 内核源码进行解析。

1. 虚拟内存与分页机制

在 x86_64 架构下,Linux 内核利用虚拟地址空间,通过分页机制将虚拟地址转换为物理地址。这种机制使得每个进程都拥有独立的虚拟地址空间,同时提高了内存的利用率和安全性。

  • 页全局目录(PGD):作为顶级目录,指向下一级页表。

  • 页中间目录(PMD)与页表目录(PTD):作为中间级别的页表。

  • 页表(PT):最底层的表,包含物理页框地址。

这些页表结构的定义和操作在以下源码文件中实现:

  • arch/x86/include/asm/pgtable_64.h:定义了 64 位页表结构。

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