Linux作業系統：快速記憶體操作技術(轉)

Linux作業系統：快速記憶體操作技術(轉)[@more@]我們總希望能在核心空間和使用者空間自由交換資料，傳統的方式是採用核心提供的vma機制，透過copy_to/from_user之類的方法來實現。這對於高速資料塊傳送是不可取的。

其實kswapd有時交換資料至外存時，效能相當差，一般而言，你的PC主存並不見得就用盡了，而且很多應用並是你所關心的，但卻實實在在消耗你的計算資源，此時，你可能會想到採用實地址操作你的應用(儘管有MMU的支援)，在uClinux中，當沒有MMU時，工作起來是挺爽的。

最方便的，最高效的，無非是實地址下，操作實體記憶體，相當於DMA。儘管Linux 2.6核心在VMA方面的效能要優於2.4，但swap機制有一定的缺限。在VxWorks中，對記憶體的管理是很細緻且精確的。如果你在Linux下申請大塊記憶體操作時，當觸發kswap快速交換回主存時，你會發現你的計算機

哪一段時間，幾乎要休息幾分鐘，儘管你看起來free輸出的頁面已經很多了，但此時的外存幾乎一直忙著，且CPU負荷相當重，這時也可能你根本就沒做任何操作。

有沒有辦法既在VMA機制下工作，又能直接處理主存資料呢？

回答是肯定的：

核心啟動後，會將主存對映為/dev/mem，當我們在VMA中申請一塊邏輯區間後，將轉換的實體地址傳與使用者空間，使用者空間就可以線性操作這段區間了，直接採用mmap就可以在物理主存中讀寫。

還有更快的方式嗎？不採用mmap行嗎？

當然有，當VMA將物理區塊地址及大小傳與使用者空間後，使用者完全可以採用地址讀寫模式，這幾近於機器指令操作了。（可以獨立於OS之外）

此種實現方式很簡單，首先開啟/dev/mem，直接定位至VMA傳上來的地址就可以操作了，無需mmap。通知使用者空間，可以採用procfs/sysfs等。

強烈建議：在邊界控制上，一定要精確細緻，不推薦初學者採用，一旦越界，可能引起“Kernel Panic”

更有可能就DOWN了。

對於此實現方式，建議參考mapper(LDD3)程式。

同時，也可以用mapper檢查讀寫是否正確。

新的IA32中，PAGE_SIZE = 4K MAX_ORDER = 11

gfp最大申請4M線性邏輯空間，減去PAGE_OFFSET即可得到實體地址。

如果採用了HIMEM和NUMA，請參見Kernel關於記憶體對映的演算法。

當主存達到1G或超過時，請減小使用者空間大小。

隨著硬體技術的發展，VMA在主存相當大時，可以考慮進行修正，完全可以集中採用物理對映方式。沒必要交換了。否則，反而影響效能。

32位平臺，如果主存2G，採用SWAP會使得效能有較大下降。

而在大容量資料傳輸時，也不可能採用SWAP方式的，不允許換出。

建議Linus在VMA中加入程式分類，不平類別的應用，分配不同的記憶體塊。

小資料PAGE_SIZE = 4K/大資料4M/128M

地址模式全轉換為64位，相容32位，當應用於Embedded系統時，直接使用32位模式。

如將做成多個微系統，不同微核，執行不同應用(不同的程式管理，記憶體管理，檔案管理)，只是介面可以統一，不同標誌而已。