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UWE

運行在用戶模式下的代碼可以寫此頁面。

page frame number

對于V位置位的PTE，此域包含了對應此PTE的物理頁面框號；對于無效PTE，此域不為0，它包含了頁面在交換文件中位置的信息。

以下兩位由Linux定義并使用。

_PAGE_DIRTY

如果置位，此頁面要被寫入交換文件。

_PAGE_ACCESSED

Linux用它表示頁面已經被訪問過。

高速緩沖

如果用上述理論模型來實現一個系統，它可能可以工作，但效率不會高。操作系統設計者和處理器設計者都在努力以提高系統的性能。除了制造更快的CPU和內存外，較好的辦法是在高速緩沖中維護有用信息和數據以加快某些操作。Linux使用了許多與高速緩沖相關的 內存管理策略。

Buffer Cache

這個buffer cache中包含了被塊 設備驅動使用的數據緩沖。

這些緩沖的單元的大小一般固定(例如說512字節)并且包含從 塊設備讀出或者寫入的信息塊。 塊設備是僅能夠以固定大小塊進行讀寫操作的設備。所有的硬盤都是 塊設備。

利用設備標志符和所需塊號作索引可以在buffer cache中迅速地找到數據。 塊設備只能夠通過buffer cache來存取。如果數據在buffer cache中可以找到則*從物理 塊設備(如硬盤)中讀取，這樣可以加速訪問。

Page Cache

用來加速硬盤上可執行 映象文件與數據文件的存取。

它每次緩沖一個頁面的文件內容。頁面從 磁盤上讀入內存后緩存在page cache中。

Swap Cache

只有修改過的頁面存儲在交換文件中。

只要這些頁面在寫入到交換文件后沒有被修改，則下次此頁面被交換出內存時，就不必再進行更新寫操作，這些頁面都可以簡單的丟棄。在交換頻繁發生的系統中，Swap Cache可以省下很多不必要且耗時的磁盤操作。

Hardware Caches

一個常見的hardware cache是處理器中的 頁表入口cache。處理器不總是直接讀取 頁表而是在需要時緩存頁面的轉換。這種cache又叫做轉換旁視緩沖(Translation Look-aside Buffers)，它包含系統中一個或多個處理器的 頁表入口的緩沖拷貝。

當發出對 虛擬地址的引用時，處理器試圖找到相匹配的TLB入口。如果找到則直接將 虛擬地址轉換成物理地址并對數據進行處理。如果沒有找到則向操作系統尋求幫助。處理器將向操作系統發出TLB失配信號，它使用一個特定的 系統機制來將此異常通知操作系統。操作系統則為此地址匹配對產生新的TLB入口。當操作系統清除此異常時，處理器將再次進行虛擬地址轉換。由于此時在TLB中已經有相應的入口，這次操作將成功。

使用高速緩存的缺點在于Linux必須消耗更多的時間和空間來維護這些緩存，并且當緩存 系統崩潰時系統也將崩潰。

Linux 頁表

圖3.3 Linux的三級頁表結構

Linux總是假定處理器有三級 頁表。每個 頁表通過所包含的下級頁表的頁面框號來訪問。圖3.3給出了 虛擬地址是如何分割成多個域的，每個域提供了某個* 頁表的偏移。為了將虛擬地址轉換成 物理地址，處理器必須得到每個域的值。這個過程將持續三次直到對應于 虛擬地址的物理頁面框號被找到。最后再使用 虛擬地址中的最后一個域，得到了頁面中數據的地址。

為了實現跨平臺運行，Linux提供了一系列轉換宏使得核心可以訪問特定進程的 頁表。這樣核心*知道 頁表入口的結構以及它們的排列方式。

這種策略相當成功，無論在具有三級 頁表結構的Alpha AXP還是兩級頁表的Intel X86處理器中，Linux總是使 用相同的頁表操縱代碼。

頁面分配與回收

對系統中物理頁面的請求十分頻繁。例如當一個可執行映象被調入內存時，操作系統必須為其分配頁面。當映象執行完畢和 卸載時這些頁面必須被釋放。物理頁面的另一個用途是存儲 頁表這些核心 數據結構。 虛擬內存子系統中負責頁面分配與回收的 數據結構和機制可能用處較大。

系統中所有的物理頁面用包含mem_map_t結構的鏈表mem_map來描敘，這些結構在系統啟動時初始化。每個 mem_map_t描敘了一個物理頁面。其中與 內存管理相關的重要域如下：

count

記錄使用此頁面的用戶個數。當這個頁面在多個進程之間共享時，它的值大于1。

age

此域描敘頁面的年齡，用于選擇將適當的頁面拋棄或者置換出內存時。

map_nr

記錄本mem_map_t描敘的物理頁面框號。

頁面分配代碼使用free_area 數組來尋找和釋放頁面，此機制負責整個緩沖管理。另外此代碼與處理器使用的頁面大小和物理 分頁機制無關。

free_area中的每個元素都包含頁面塊的信息。 數組中*一個元素描敘1個頁面，*二個表示2個頁面大小的塊而接下來表示4個頁面大小的塊，總之都是2的次冪倍大小。list域表示一個隊列頭，它包含指向mem_map 數組中page 數據結構的 指針。所有的空閑頁面都在此隊列中。map域是指向某個特定頁面尺寸的頁面組分配情況位圖的 指針。當頁面的*N塊空閑時，位圖的*N位被置位。

圖free-area-figure畫出了free_area結構。*一個元素有個自由頁面（頁面框號0），*二個元素有4個頁面大小的2個自由塊，**個從頁面框號4開始而后一個從頁面框號56開始。

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