百万汉字注解 >> 精读内核源码,中文注解分析, 深挖地基工程,大脑永久记忆,四大码仓每日同步更新< gitee | github | csdn | coding >

百篇博客分析 >> 故事说内核,问答式导读,生活式比喻,表格化说明,图形化展示,主流站点定期更新中< oschina | csdn | 掘金 | harmony >

---

主子和奴才

看本篇之前建议先看 鸿蒙内核源码分析(调度故事篇) | 通俗易懂故事说内核. 请想一个问题,内核本身也是程序要在内存运行, 用户程序一样也要在内存运行,大家都在一个窝里吃饭, 你凭什么就管我了.好像内核程序是主子,用户程序是奴才似的.

哎! 其实用户进程就是内核的一个个奴才, 被捏的死死的.  按不住奴才那这主子就不合格,就不是一个稳定系统. 请想想实际内存就这么点大, 如何满足众多用户进程的需求? 内核空间和用户空间如何隔离? 如何防止访问乱串? 如何分配/释放,防止碎片化? 空间不够了又如何置换到硬盘?   想想头都大了。内核这当家的主子真是不容易,这些都是他要解决的问题, 但欲戴其冠,必承其重.

先说如果没有内存管理会怎样?

       那就是个奴才们能把主子给活活踩死, 想想主奴不分,吃喝拉撒睡都在一起,称兄道弟的想干啥? 没规矩不成方圆嘛，这事业肯定搞不大，单片机时代就是这种情况. 裸机编程,指针可以随便乱飞,数据可以随意覆盖,没有划定边界,没有明确职责,没有特权指令,没有地址保护,你还想像java开发一样,只管new内存,不去释放,应用可以随便崩但系统跑的妥妥的？想的美! 直接系统死机,甚至开机都开不了,主板直接报废了. 所以不能运行很复杂的程序,尽量可控,而且更是不可能支持应用的动态加载运行. 队伍大了就不好带了,方法得换, 游击队的做法不适合规模作战，内存就需要管理了，而且是 5A级的严格管理。

内存管理在管什么?

简单说就是给主子赋能,拥有超级权利,为什么就他有? 因为他先来,掌握了先机.它定好了游戏规则,你们来玩.有哪些游戏规则?

• 第一: 主奴有别,主子即是裁判又是运动员,主子有主子地方,奴才们有奴才们待的地方,主子可以在你的空间走来走去,但你只能在主人划定的区域活动.奴才把自己玩崩了也只是奴才狗屁了, 但主人和其他人还会是好好的. 主子有所有特权，比如某个奴才太嚣张了，就直接拖到午门问斩。

• 第二: 奴奴有分,奴才们基本都是平等的，虽有高级和低级奴才区分，但本质都是奴才。奴才之间是不能随意勾连,登门问客的，防止一块搞政变. 他们都有属于自己的活动空间,而且活动空间还巨大巨大，大到奴才们觉得整个紫荆城都是他们家的，给你这么大空间你干活才有动力，奴才们是铆足了劲一个个尽情的表演各种剧本，有玩电子商务的，有玩游戏的，有搞直播的等等。。。不愧是紫荆城的主人很有一套，明明只有一个紫禁城，硬被他整出了N个紫荆城的感觉。而且这套驾奴本领还取了个很好听的名字叫：虚拟内存。

看图：

这是整个紫荆城的全貌图，里面的内核虚拟空间是主人专用的，里面放的是主人的资料，数据，奴才永远进不去，kernel heap 也是给主人专用的动态内存空间，管理奴才和日常运作开销很多时候需要动态申请内存，这个是专门用来提供给主人使用的。而所有奴才的空间都在叫用户空间的那一块。你没看错，是所有奴才的都在那。当然实际情况是用户空间比图中的大的多，因为主人其实用不了多少空间，大部分是留给奴才们干活用了，因为篇幅的限制笔者把用户空间压缩了下。 再来看看奴才空间是啥样的。看图

这张图是第一张图的局部用户空间放大图。里面放的是奴才的私人用品，数据，task运行栈区,动态分配内存的堆区，堆区自下而上，栈区自上而下中间由映射区(L1,L2表)隔开。这么多奴才在里面不挤吗？答案是：真不挤 。主人手眼通天，因为用了一个好帮手解决了这个问题，这个帮手名叫 MMU（李大总管）

MMU是干什么事的？

看下某度对MMU定义：它是一种负责处理*处理器（CPU）的内存访问请求的计算机硬件。它的功能包括虚拟地址到物理地址的转换（即虚拟内存管理）、内存保护、*处理器高速缓存的控制。通过它的一番操作，把物理空间成倍成倍的放大，他们之间的映射关系存放在页面中。

好像看懂又好像没看懂是吧，到底是干啥的？其实就是个地址映射登记中心。记住这两个字：映射 看下图

物理内存可以理解为真实世界的紫禁城，虚拟内存就是被MMU虚拟出来的比物理页面大的多的空间。举例说明大概说明下过程：

有A(厨师)，B(文艺青年) 两个奴才来到紫禁城，每个人都很有抱负，主子规定要先跑去登记处登记活动范围，领回来一张表 叫 L1页表，上面说了大半个紫禁城你可以跑动，都是你的，L1页表记录你每个房间的编号。其实奴才们的表都一样，能跑的范围也都一样。 李大总管也有一张私人表叫TLB表,具体玩的呢,看个例子就明白了.

举例说明

TLB表(李总管的私人表)

真实房间	当前谁在用
7	A
8	C
9	B

李大总管的私人表叫 TLB（translation lookaside buffer）可翻译为“地址转换后援缓冲器”，也可简称为“快表”。从TLB表可以看出,有三个真实的房间, 7,8,9,目前是分配给了A,B,C使用.

奴才们的L1页表(当然可以有无数的奴才表,每个奴才人手一张)

	虚拟房间	真实房间	作用
A奴才	1	7	厨房拿菜
A奴才	2	8	洗手间
A奴才	3	9	卧室

	虚拟房间	真实房间	作用
B奴才	3	8	音乐室
B奴才	1	9	美术室
B奴才	2	7	武术室

再模拟一个他们的活动场景:

奴才	动作1	动作2	动作3	动作4
A	厨房拿菜	卧室睡觉	上洗手间	无
B	武术室	美术室	无	音乐室

第一: A要去1号间厨房拿菜,提交表给李总管,李总管拿表和自己的表对照,发现1号虚拟房间对应的是7号真实房间,7号刚好分配给了A用,盖章同意.A拿到了自己菜.

真实房间	当前谁在用
7	A
8	C
9	B

此时李总管的表没变化. 第二: B要去2号间练武术,提交表给李总管,李总管拿表和自己的表对照,发现1号虚拟房间对应的是7号真实房间,7号是A在用,不属于B,里面放的都还是菜呢,咋办?简单,把菜挪出去,把B奴才的武术设备装进来,更改自己的表变成了

真实房间	当前谁在用
7	B
8	C
9	B

此时李总管的表变了,三个真实房间B用了两个了. 第三: A要去3号间睡觉了,又提交表给李总管,李总管拿表和自己的表对照,发现3号虚拟房间对应的是9号真实房间,9号刚好分配给了B用了,此时里面放的还是美术用品呢.咋办?简单,挪出去,把A奴才的睡觉设备装进来,再更改自己的表变成了

真实房间	当前谁在用
7	B
8	C
9	A

此时李总管的表变了,9号给了A了,而8号一直在C手里,因为过程中没人用到了8号房.但继续跑下去肯定会易主.

明白了吗? 这就是 映射的核心思想! 对A,B来说,它们只认 1,2,3房间,记得自己的房间是干什么用的就行,完全不必知道背后的7,8,9是谁在用, 用房间之前提交表单就行了,后面的不用管. 而且各自1,2,3可以重新映射到不一样的房间, A,B映射是完全独立的,看清没有它们的123对应的可不都是789的顺序.

上面的1,2,3就叫虚拟地址,也叫线性地址. 而789就是物理地址. 如此只有三个房间都可以给很多很多的奴才使用,让他们觉得这三个房间都是自己的. 完美!!! 当然AB也可以有自己虚拟地址789,例如:

	虚拟房间	真实房间	作用
A奴才	1	7	厨房拿菜
A奴才	2	8	洗手间
A奴才	3	9	卧室
A奴才	7	19	洗澡
A奴才	8	88	去皇上寝宫偷看
A奴才	9	45	御膳房

鸿蒙源码百篇博客 往期回顾

• v44.03 (中断管理篇) | 硬中断的实现<>观察者模式 < csdn | harmony | 掘金 >

• v43.03 (中断概念篇) | 外人眼中权势滔天的当红海公公 < csdn | harmony | 掘金 >

• v42.03 (中断切换篇) | 中断切换到底在切换什么? < csdn | harmony | 掘金 >

• v41.03 (任务切换篇) | 汇编逐行注解分析任务上下文 < csdn | harmony | 掘金 >

• v40.03 (汇编汇总篇) | 所有的汇编代码都在这里 < csdn | harmony | 掘金 >

• v39.03 (异常接管篇) | 社会很单纯,复杂的是人 < csdn | harmony | 掘金 >

• v38.03 (寄存器篇) | ARM所有寄存器一网打尽,不再神秘 < csdn | harmony | 掘金 >

• v37.03 (系统调用篇) | 全盘解剖系统调用实现过程 < csdn | harmony | 掘金 >

• v36.03 (工作模式篇) | CPU是韦小宝,有哪七个老婆? < csdn | harmony | 掘金 >

• v35.03 (时间管理篇) | Tick是操作系统的基本时间单位 < csdn | harmony | 掘金 >

• v34.03 (原子操作篇) | 是谁在为原子操作保驾护航? < csdn | harmony | 掘金 >

• v33.03 (消息队列篇) | 进程间如何异步解耦传递大数据 ? < csdn | harmony | 掘金 >

• v32.03 (CPU篇) | 内核是如何描述CPU的? < csdn | harmony | 掘金 >

• v31.03 (定时器篇) | 内核最高优先级任务是谁? < csdn | harmony | 掘金 >

• v30.03 (事件控制篇) | 任务间多对多的同步方案 < csdn | harmony | 掘金 >

• v29.03 (信号量篇) | 信号量解决任务同步问题 < csdn | harmony | 掘金 >

• v28.03 (进程通讯篇) | 进程间通讯有哪九大方式? < csdn | harmony | 掘金 >

• v27.03 (互斥锁篇) | 互斥锁比自旋锁可丰满许多 < csdn | harmony | 掘金 >

• v26.03 (自旋锁篇) | 想为自旋锁立贞节牌坊! < csdn | harmony | 掘金 >

• v25.03 (并发并行篇) | 怎么记住并发并行的区别? < csdn | harmony | 掘金 >

• v24.03 (进程概念篇) | 进程在管理哪些资源? < csdn | harmony | 掘金 >

• v23.02 (汇编传参篇) | 汇编如何传递复杂的参数? < csdn | harmony | 掘金 >

• v22.02 (汇编基础篇) | CPU在哪里打卡上班? < csdn | harmony | 掘金 >

• v21.02 (线程概念篇) | 是谁在不断的折腾CPU? < csdn | harmony | 掘金 >

• v20.02 (用栈方式篇) | 栈是构建底层运行的基础 < csdn | harmony | 掘金 >

• v19.02 (位图管理篇) | 为何进程和线程优先级都是32个? < csdn | harmony | 掘金 >

• v18.02 (源码结构篇) | 内核500问你能答对多少? < csdn | harmony | 掘金 >

• v17.02 (物理内存篇) | 这样记伙伴算法永远不会忘 < csdn | harmony | 掘金 >

• v16.02 (内存规则篇) | 内存管理到底在管什么? < csdn | harmony | 掘金 >

• v15.02 (内存映射篇) | 什么是内存最重要的实现基础 ? < csdn | harmony | 掘金 >

• v14.02 (内存汇编篇) | 什么是虚拟内存的实现基础? < csdn | harmony | 掘金 >

• v13.02 (源码注释篇) | 热爱是所有的理由和答案 < csdn | harmony | 掘金 >

• v12.02 (内存管理篇) | 虚拟内存全景图是怎样的? < csdn | harmony | 掘金 >

• v11.02 (内存分配篇) | 内存有哪些分配方式? < csdn | harmony | 掘金 >

• v10.02 (内存主奴篇) | 紫禁城的主子和奴才如何相处? < csdn | harmony | 掘金 >

• v09.02 (调度故事篇) | 用故事说内核调度 < csdn | harmony | 掘金 >

• v08.02 (总目录) | 百万汉字注解 百篇博客分析 < csdn | harmony | 掘金 >

• v07.02 (调度机制篇) | 任务是如何被调度执行的? < csdn | harmony | 掘金 >

• v06.02 (调度队列篇) | 就绪队列对调度的作用 < csdn | harmony | 掘金 >

• v05.02 (任务管理篇) | 谁在让CPU忙忙碌碌? < csdn | harmony | 掘金 >

• v04.02 (任务调度篇) | 任务是内核调度的单元 < csdn | harmony | 掘金 >

• v03.02 (时钟任务篇) | 触发调度最大的动力来自哪里? < csdn | harmony | 掘金 >

• v02.02 (进程管理篇) | 进程是内核资源管理单元 < csdn | harmony | 掘金 >

• v01.09 (双向链表篇) | 谁是内核最重要结构体? < csdn | harmony | 掘金 >

参与贡献

• 访问注解仓库地址

• Fork 本仓库 >> 新建 Feat_xxx 分支 >> 提交代码注解 >> 新建 Pull Request

• 新建 Issue

喜欢请大方 点赞+关注+收藏 吧

• 关注「鸿蒙内核源码分析」公众号，百万汉字注解 + 百篇博客分析 => 深挖鸿蒙内核源码

• 

• 各大站点搜 "鸿蒙内核源码分析" .欢迎转载,请注明出处.