Linux 操作系统原理与应用(第2版)(陈莉君著)(2)

2012-11-03

　　本书对于希望深入Linux操作系统内部、阅读Linux内核源代码以及进行内核级程序开发的读者具有较高的参考价值。本书可作为高等院校计算机相关专业的本科生、研究生的教材，Linux应用开发人员、嵌入式系统开发人员等均可从本书中获益。

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		Linux 操作系统原理与应用(第2版)(陈莉君著)
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文摘

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为此，Linux内核设置了一个定期将页面换出的守护进程kswapd。
从原理上说，kswapd相当于一个进程，它有自己的进程控制块task_struct结构。与其他进程一样受内核的调度。而正因为内核将它按进程来调度，所以可以让它在系统相对空闲的时候来运行。不过，与普通进程相比，kswapd有其特殊性。首先，它没有自己独立的地址空间，所以在近代操作系统理论中把它称为“线程”或“守护进程”以与进程相区别。
那么，kswapd到底隔多长时间运行一次，这由内核设计时所确定的一个常量HZ决定。HZ决定了内核中每秒时钟中断的次数，用户可以在编译内核前的系统配置阶段改变其值，但是一经编译就确定下来了。在Linux2.4 的内核中，每秒钟kswapd被调用一次。
kswapd的执行路线分为两部分，第一部分是发现物理页面已经短缺的情况下才进行的，目的在于预先找出若干页面，且将这些页面的映射断开，使这些物理页面从活跃状态转入不活跃状态，为页面的换出做好准备。第二部分是每次都要执行的，目的在于把已经处于不活跃状态的“脏”页面写入交换区，使它们成为不活跃的“干净”页面继续缓冲，或进一步回收这样的页面成为空闲页面。
在本章的学习中，有一点需特别向读者强调。在Linux系统中，CPU不能按物理地址访问存储空间，而必须使用虚拟地址。因此，对于Linux内核映像，即使系统启动时将其全部装入物理内存，也要将其映射到虚拟地址空间中的内核空间，而对于用户程序，其经过编译、链接后形成的映像文件最初存于磁盘上，当该程序被运行时，先要建立该映像与虚拟地址空间的映射关系，当真正需要物理内存时，才建立地址空间与物理空间的映射关系。内存管理实例
我们希望能通过访问用户空间的内存达到读取内核数据的目的，这样便可以进行内核空间到用户空间的大规模信息传送，从而应用于高速数据采集等性能要求高的场合。
因为通过外设采集的数据首先会由驱动程序放入内核，然后才传送到用户空间由应用程序做进一步的处理。由于内核内存是受保护的，因此，要想将其数据拷贝到用户空间，通常的方法是利用系统调用，但是系统调用的缺点是速度慢，这会成为数据高速处理的瓶颈。因此我们希望可以从用户空间直接读取内核数据，从而省去数据在两个空间拷贝的过程。
具体地讲，我们要利用内存映射功能，将内核中的一部分虚拟内存映射到用户空间，使得访问用户空间地址等同于访问被映射的内核空间地址，从而不再需要数据拷贝操作。
4.6.1 相关背景知识
我们知道，在内核空间中调用kmalloc（）分配连续物理空间，而调用vmalloc（）分配非连续物理空间。在这里，把kmalloc（）所分配的内核空间称为内核逻辑空间（KernelLogicSpace）。它所分配的内核空间虚地址是连续的，所以能很容易获得其对应的实际物理地址，即“内核虚地址-PAGE_OFFSET=实际的物理地址”。另外，由于系统在初始化时就建立了内核页表swapper_pg_dir，而kmalloc（）分配过程所使用的就是该页表，因此也省去了建立和更新页表的工作。