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Linux是一個(gè)開(kāi)源的操作系統(tǒng)，由于其安全性高、性能穩(wěn)定、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為了眾多企業(yè)的首選操作系統(tǒng)。而在Linux的內(nèi)存管理中，linux4g內(nèi)存圖是一個(gè)十分重要的概念。本文將從什么是Linux4G內(nèi)存圖、Linux4G內(nèi)存圖的組成結(jié)構(gòu)、Linux4G內(nèi)存圖的作用、Linux4G內(nèi)存圖的發(fā)展歷程等方面，。
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一、什么是Linux4G內(nèi)存圖？
Linux4G內(nèi)存圖指的是Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理中對(duì)于內(nèi)存的分段進(jìn)行了分區(qū)。根據(jù)Intel CPU架構(gòu)中的物理地址空間大小為32位，其中一部分是內(nèi)存地址，所以L(fǎng)inux在使用32位的物理地址空間時(shí)，將地址空間平均劃分為4部分，每部分的大小均為1GB,即4G內(nèi)存。而在4G內(nèi)存中，內(nèi)核空間占用1G，用戶(hù)空間使用3G。而在Linux4G內(nèi)存圖中，內(nèi)核使用的地址空間稱(chēng)為kernel space（核心空間），用戶(hù)使用的地址空間稱(chēng)為user space（用戶(hù)空間）。
二、Linux4G內(nèi)存圖的組成結(jié)構(gòu)
Linux4G內(nèi)存圖的組成結(jié)構(gòu)可分為三大部分，分別是內(nèi)核空間、用戶(hù)空間和未被映射的內(nèi)存空間。
1. 內(nèi)核空間（kernel space）
內(nèi)核空間是內(nèi)核代碼執(zhí)行所需的虛擬內(nèi)存空間，主要包括內(nèi)核代碼、內(nèi)核棧、內(nèi)核數(shù)據(jù)等。這些資源對(duì)于操作系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。如何安全、穩(wěn)定地管理內(nèi)核資源以保證系統(tǒng)的健康運(yùn)行是操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者要面對(duì)的首要問(wèn)題。內(nèi)核空間的大小一般為1G，即0xC0000000~0xFFFFFFFF。
2. 用戶(hù)空間（user space）
用戶(hù)空間是用戶(hù)代碼執(zhí)行所需的虛擬內(nèi)存空間，主要包括用戶(hù)代碼、堆、棧、共享庫(kù)、映射到進(jìn)程的文件等。用戶(hù)空間大小大約為3G，即0x00000000~0xBFFFFFFF。與內(nèi)核空間相比，用戶(hù)空間可以被用戶(hù)程序直接訪(fǎng)問(wèn)。同時(shí)，用戶(hù)空間也是操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分。 在Linux操作系統(tǒng)中，可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用、庫(kù)函數(shù)來(lái)管理用戶(hù)空間的各種資源。
3. 未被映射的內(nèi)存空間
除了內(nèi)核空間和用戶(hù)空間之外，還存在一部分未被映射的內(nèi)存空間，就是操作系統(tǒng)不允許用戶(hù)程序訪(fǎng)問(wèn)的內(nèi)存地址。在Linux中，這部分內(nèi)存空間被稱(chēng)為I/O空間，主要用于與硬件設(shè)備通訊。
三、Linux4G內(nèi)存圖的作用
1. 實(shí)現(xiàn)內(nèi)核和用戶(hù)空間的隔離
在Linux操作系統(tǒng)中，內(nèi)核空間和用戶(hù)空間的界限是非常重要的。內(nèi)核空間包含操作系統(tǒng)的各種資源，如系統(tǒng)調(diào)用、硬件驅(qū)動(dòng)程序等。執(zhí)行這些操作需要root權(quán)限，這意味著內(nèi)核空間中的代碼和數(shù)據(jù)不應(yīng)該被普通用戶(hù)直接訪(fǎng)問(wèn)。而用戶(hù)空間則是普通用戶(hù)程序運(yùn)行的地方，用戶(hù)程序可以加載和執(zhí)行自己的代碼，但不可以修改Linux內(nèi)核中的代碼和數(shù)據(jù)。這樣可以有效保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。
2. 實(shí)現(xiàn)用戶(hù)程序的高效、安全訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存資源
Linux4G內(nèi)存圖的分段結(jié)構(gòu)為用戶(hù)程序提供了安全高效的訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存資源的支持。用戶(hù)程序在自己的地址空間中運(yùn)行，便可安全地訪(fǎng)問(wèn)對(duì)應(yīng)內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)了安全性的保證。同時(shí)，由于用戶(hù)空間已經(jīng)劃分為3G，用戶(hù)程序擁有更多的內(nèi)存資源進(jìn)行處理，也提高了程序的運(yùn)行效率。
3. 以及其他作用
除此之外，Linux4G內(nèi)存圖還具有其他一些作用。例如：方便操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度管理、實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算、實(shí)現(xiàn)進(jìn)程和線(xiàn)程等。
四、Linux4G內(nèi)存圖的發(fā)展歷程
隨著硬件和需求的提升，操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理也在不斷發(fā)展和完善。在Linux4G內(nèi)存圖之前，早期版本的Linux內(nèi)核使用過(guò)32位線(xiàn)性地址空間。由于其地址空間布局的限制，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信映射的開(kāi)銷(xiāo)過(guò)大，因此不再適合現(xiàn)代的高速網(wǎng)絡(luò)傳輸。后來(lái)，隨著64位硬件的出現(xiàn)，操作系統(tǒng)逐漸采用了64位線(xiàn)性地址空間。相較于32位地址空間，64位地址空間的大小更大，可以提供更多的內(nèi)存資源，同時(shí)也可以處理更多的內(nèi)存映射任務(wù)。如今，隨著大內(nèi)存的需求增加，Linux系統(tǒng)正在逐步向64位內(nèi)存地址空間邁進(jìn)。
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Linux4G內(nèi)存圖的組成結(jié)構(gòu)涉及到內(nèi)核空間、用戶(hù)空間和未被映射的內(nèi)存空間。不僅為操作系統(tǒng)提供了內(nèi)存管理的支持，同時(shí)也為用戶(hù)程序提供了安全、高效的內(nèi)存資源訪(fǎng)問(wèn)。在標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)存管理的同時(shí)，Linux4G內(nèi)存圖的發(fā)展也反映了操作系統(tǒng)從32位到64位的發(fā)展歷程。未來(lái)，隨著大內(nèi)存、高效的需求不斷增加，操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理也將不斷進(jìn)一步優(yōu)化和升級(jí)。
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linux 32位系統(tǒng)支持多大內(nèi)存
32位linux不打開(kāi)PAE，則最多只能識(shí)別出4GB內(nèi)存，若打開(kāi)PAE，則最多可以識(shí)別出64GB內(nèi)存。但是 32位系統(tǒng)下的進(jìn)程一次最多只能尋址4GB的空間。64位linux則沒(méi)有32位系統(tǒng)的限制。因此對(duì)于內(nèi)存大于4GB的機(jī)器來(lái)說(shuō)，更好安裝64位系統(tǒng)。簡(jiǎn)單介紹下如何讓redhat 5-32位支持4G以上內(nèi)存。步驟1：安裝kernel-PAE.i686 內(nèi)核包，讓系統(tǒng)內(nèi)核支持PAE物理地址擴(kuò)展。rpm-ivh kernel-PAE-2.6.18-53.el5.i686.rpm 安裝的時(shí)候會(huì)報(bào)如下警告。將安裝命令由原本的rpm-ivh ****.rpm 改為rpm -ivh ****.rpm –force –nodeps就可以了，nodeps的意思是忽視依賴(lài)關(guān)系。因?yàn)楦鱾€(gè)軟件之間會(huì)有或多或少的存在關(guān)聯(lián)，有衡歲了這兩個(gè)設(shè)置選項(xiàng)就忽略了這些依賴(lài)關(guān)系，強(qiáng)制安裝。步驟2：設(shè)置linux系統(tǒng)啟動(dòng)加加載內(nèi)核，讓系統(tǒng)啟用PAE的內(nèi)核 # /boot/grub/grub.conf#grub.conf generated by anaconda##Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file#NOTICE: You have a /boot partition. This means that#all kernel and initrd paths arerelative to /boot/, eg.#root (hd0,0)#kernel /vmlinuz-version roroot=/dev/sda3#initrd /initrd-version.img#boot=/dev/sdadefault= (將default=1修改為default=0就可以了)timeout=5splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gzhiddenmenu#升級(jí)后的系統(tǒng)引導(dǎo)titleRed Hat Enterprise Linux Server RedHat Enterprise Linux Server (2.6.18-53.el5PAE)root (hd0,0)kernel /橡燃vmlinuz-2.6.18-53.el5PAE roroot=LABEL=/ rhgb quietinitrd /initrd-2.6.18-53.el5PAE.img#升級(jí)前的系統(tǒng)引梁攔虛導(dǎo)，將其注釋掉#titleRed Hat Enterprise Linux Server (2.6.18-194.el5)#root (hd0,0)#kernel /vmlinuz-2.6.18-194.el5 roroot=LABEL=/ rhgb quiet#initrd /initrd-2.6.18-194.el5.img保存后重啟linux，系統(tǒng)內(nèi)核就能更大支持64G內(nèi)存了。通過(guò)查,cat/boot/config-*grep PAE可以查看當(dāng)前的支持情況如下圖顯示。
linux中每個(gè)進(jìn)程擁有獨(dú)立的4G空間，這4G空間是不是和分段機(jī)制 每個(gè)段更大可以尋址4G空間指的是同一個(gè)？
不是。
獨(dú)立4G空間是靠分頁(yè)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，想要知道具體的可以去找“內(nèi)存頁(yè)表”相關(guān)的資料。
分段機(jī)制雖然CPU支持，不過(guò)Linux對(duì)于一個(gè)進(jìn)程的用戶(hù)空間看來(lái)只差昌是簡(jiǎn)單地把段基址都設(shè)為0而已。
想要詳細(xì)知道的話(huà)還是去看Intel官方的系擾銀統(tǒng)開(kāi)發(fā)手冊(cè)吧，分段和分頁(yè)機(jī)制講得是非常詳細(xì)，不過(guò)很長(zhǎng)而且全虛李扒英文的……
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文章題目：深入探究Linux4G內(nèi)存圖的神秘世界(linux4g內(nèi)存圖)
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