Linux内存体系及文件系统

Posted 2020-10-26 magicianyin

一.linux内存体系

1. 物理和虚拟内存
   
   • Linux内核只能直接映射第一个GB的的物理内存（896M，因为还要考虑到保留的空间）。在此上的内存被称作ZONE_NORMAL，这部分空间必须映射到最下面的1GB。
   • 虚拟内存寻址布局
     32位和64位架构Linux系统的虚拟寻址布局:
     
     在32位架构上，单个进程可以利用的最大地址空间是4GB，这是受到了32位虚拟内存映射的限制;64位架构，因为没有内存限制存在，每个进程能够都有可能使用巨大的地址空间。
2. 虚拟内存管理器
   • 页帧分配:页是物理内存或虚拟内存中一组连续的线性地址，Linux内核以页为单位处理内存，页的大小通常是4KB。
   • 伙伴系统:Linux内核使用名为伙伴系统（Buddy system）的机制维护空闲页，伙伴系统维护空闲页面，并且尝试给发来页面申请的进程分配页面
   • 伙伴系统分配内存页:
     
   • 页帧回收:当进程请求指定数量的内存页没有可用的内存页时,内核会尝试释放特定的内存页给新的请求使用,这个过程叫内存回收.kswapd内核线程和try_to_free_page()内核函数负责页面回收.
     kswapd通常在task interruptible状态下休眠，当一个区域中的空闲页低于阈值的时候，它就会被伙伴系统唤醒。页面主要有两种用途：页面缓存(page cahe)和进程地址空间(process address space)。
   • swap:是保证操作系统可以分配超出物理内存大小的空间，但是Linux使用swap的空间的办法更加高效。

二.linux文件系统

1. 虚拟文件系统
   虚拟文件系统（VFS）是一个处于用户进程和各类文件系统之间的抽象接口层，VFS提供访问文件系统对象的通用对象模型（例如，i-node、文件对象、页缓存、）和方法
   • 日志
     日志系统解决了fsck工作完才能使用文件系统的问题,他先把要修改的数据写入一个叫做日志区域（journal area）的地方。
   • Ext2
     Ext2是一个简单和快速的文件系统，没有日志功能。
     Ext2的文件系统数据结构，文件系统由一个引导扇区（boot sector）开始，后面跟着块组（block groups）。
     
     内核首先搜索文件的i-node,在接到进程打开/var/log/messages文件的请求时，内核分析文件路径，然后搜索/（根目录）的条目，内核会找到/var目录的i-node，然后再来看看/var目录，直到找到/var/log/messages文件的i-node。一旦内核找到了文件的i-node，然后就试着访问真正的用户数据块。
     
   • Ext3
     ext3拥有:可用性,数据完整性,速度,灵活性
   • 日志模式
     日志（journal） 通过记录文件数据和元数据
     有序（ordered） 该模式下只记录元数据
     回写（writeback） 这个日志选项提供最快的数据访问能力
   • ReiserFS
     ReiserFS是一个快速的日志文件系统，具备优化磁盘空间利用率和快速的崩溃恢复功能
   • 日志文件系统
     日志文件系统（Journal File System，JFS）是一个全64位文件系统，能支持超大文件和分区。
   • XFS
     支持超大文件和分区