4.7.3 Linux缺页中断处理技术
在程序的执行过程中,因为遇到某种障碍而使CPU无法最终访问到相应的物理内存单元,即无法完成从虚拟地址到物理地址映射的时候,CPU会产生一次缺页异常,从而进行相应的缺页异常处理。基于CPU的这一特性,Linux采用了请求调页(Demand Paging)和写时复制(Copy On Write)的技术。
请求调页是一种动态内存分配技术,它把页框的分配推迟到不能再推迟为止。这种技术的动机是:进程开始运行的时候并不访问地址空间中的全部内容。事实上,有一部分地址也许永远也不会被进程所使用。程序的局部性原理也保证了在程序执行的每个阶段,真正使用的进程页只有一小部分,对于临时用不到的页,其所在的页框可以由其他进程使用。因此,请求分页技术增加了系统中的空闲页框的平均数,使内存得到了很好的利用。从另外一个角度来看,在不改变内存大小的情况下,请求分页能够提高系统的吞吐量。当进程要访问的页不在内存中的时候,就通过缺页异常处理将所需页调入内存中。
写时复制主要应用于系统调用fork,父子进程以只读方式共享页框,当其中之一要修改页框时,内核才通过缺页异常处理程序分配一个新的页框,并将页框标记为可写。这种处理方式能够较大地提高系统的性能,这和Linux创建进程的操作过程有一定的关系。在一般情况下,子进程被创建以后会马上通过系统调用execve将一个可执行程序的映象装载进内存中,此时会重新分配子进程的页框。那么,如果fork的时候就对页框进行复制的话,显然是很不合适的。
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