5、Linux 系统内存管理与启动关机机制详解

Linux 系统内存管理与启动关机机制详解

1. 缓存探索

在系统实现中，若单纯使用理论模型，系统虽能运行，但效率欠佳。操作系统和处理器设计者都在努力挖掘系统的更多性能。除了提升处理器、内存等的速度，维护有用信息和数据的缓存是让某些操作更快的最佳方法。Linux 使用了多种与内存管理相关的缓存：
-缓冲区缓存（Buffer Cache）：包含块设备驱动程序使用的数据缓冲区。这些缓冲区大小固定（例如 512 字节），包含从块设备读取或要写入块设备的信息块。块设备只能通过读写固定大小的数据块来访问，所有硬盘都是块设备。缓冲区缓存通过设备标识符和所需的块号进行索引，用于快速查找数据块。块设备只能通过缓冲区缓存进行访问。如果能在缓冲区缓存中找到数据，就无需从物理块设备（如硬盘）读取，访问速度会快很多。
-页面缓存（Page Cache）：用于加速对磁盘上图像和数据的访问。它一次缓存一个文件的逻辑内容页，并通过文件和文件内的偏移量进行访问。当页面从磁盘读入内存时，它们会被缓存在页面缓存中。
-交换缓存（Swap Cache）：交换文件仅存储与用户执行的文件相关的已修改页面。如果这些页面在写入交换文件后未被修改，那么下次页面被换出时，无需再次写入交换文件，因为页面已存在于交换文件中，可直接丢弃。在频繁进行交换的系统中，这能节省许多不必要且代价高昂的磁盘操作。

2. 页面分配与释放

系统中的物理页面有很多需求。例如，当一个镜像加载到内存中时，操作系统需要分配页面。当镜像执行完毕并卸载后，这些页面将被释放。物理页面的另一个用途是保存内核特