FreeBSD内存管理系统理解（一）

通过对FreeBSD设计与实现一书的阅读，并结合源码分析，将自己对FreeBSD系统的内存管理部分的一些理解摆在这里，希望高手，大拿们指点啦。
系统内存管理
一、基本概念
Address Translation：虚拟地址空间到物理存储空间的映射
内存管理单元(MMU) ：实现地址转换操作与进程地址隔离保护的硬件。
Paging:分页操作就是将进程访问到的页面读入主存（当发生page fault时），而把不再活跃的页面写入后备存储来节约进程的主存消耗的技术。
Swapping:系统内存不足时，选择暂时换出到次存的进程的内存管理策略。
虚拟地址空间,以及地址翻译机制使得进程地址可以独立于具体的存储器位置。
要避免一个进程访问别的进程的内容，要有硬件保护。Memory Management Unit(MMU)结合了进程地址空间保护和地址翻译功能。

  
图一.地址翻译示意图
地址翻译将虚拟地址空间与物理地址空见解耦。每个虚拟页面可能保存在主存中，也可能不在主存中。当进程访问不在主存中的虚拟地址，硬件将产生缺页错误(page fault)。处理缺页错误或称分页(paging)，按需加载页，使得进程可以在只有部分页面驻留主存的情况下执行。

缺页处理需要确定以下三种策略：
fetch policy,读取策略，FreeBSD为了减少I/O操作次数，希望一次读入尽量多的页面，采用prepaging策略，一般是需要页面前后各8个页面内可以一次读入的部分。
placement policy,放置策略，FreeBSD为了充分利用Cache功能，采用Color算法来确定读入页面放置的物理位置。
replacement policy，替换策略，FreeBSD维持多个链表管理和释放物理空间，以便重用。
进程对内存的操作具有局部集中性(locality of reference)。当进程在某个子流程或者循环中时，很可能固定的引用一段内存空间，称作working set,工作集。进程可能周期性的改变工作集。
swap在内存短缺时执行整个进程的换入换出。不过现在与分页相结合，直到大的短缺时，才swap.
硬件支持：
要避免一个进程修改别的进程，就要禁止进程修改它自己的内存地址映射。
当进程换出时硬件要支持指令执行状态信息的保存。
脏页标志。
二、内存管理总览
FreeBSD系统的内存管理基于部分面向对象思想：将文件，匿名内存段等所有数据源归结为object，定义对这些数据源的标准操作接口(pager, pagerops)，并根据不同的数据源采用不同的操作实现(如swappagerops，vnodepagerops)。物理内存只是用来作为这些对象最近所使用的页面的缓存。
虚拟内存到物理内存部分的实际映射交给pmap模块完成
FreeBSD内存管理相关数据结构：
vmspace     表示内核或一个进程的地址空间，包含硬件独立的内容，也包含硬件相关的内容。

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