Linux操作系統之快速內存操作技術

我們總希望能在內核空間和用戶空間自由交換數據，傳統的方式是采用內核提供的vma機制，通過copy_to/from_user之類的方法來實現。這對于高速數據塊傳送是不可取的。 其實kswapd有時交換數據至外存時，性能相當差，一般而言，你的PC主存并不見得就用盡了，而且很多應用并是你所關心的，但卻實實在在消耗你的計算資源，此時，你可能會想到采用實地址操作你的應用(盡管有MMU的支持)，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，操作物理內存，相當于DMA.盡管Linux 2.6內核在VMA方面的性能要優于2.4，但swap機制有一定的缺限。在VxWorks中，對內存的管理是很細致且精確的。如果你在Linux下申請大塊內存操作時，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，盡管你看起來free輸出的面已經很多了，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，又能直接處理主存數據呢?

回答是肯定的。內核啟動后，會將主存映射為/dev/mem，當我們在VMA中申請一塊邏輯區間后，將轉換的物理地址傳與用戶空間，用戶空間就可以線性操作這段區間了，直接采用mmap就可以在物理主存中讀寫。

還有更快的方式嗎?不采用mmap行嗎?

當然有，當VMA將物理區塊地址及大小傳與用戶空間后，用戶完全可以采用地址讀寫模式，這幾近于機器指令操作了(可以獨立于OS之外)。 此種實現方式很簡單，首先打開/dev/mem，直接定位至VMA傳上來的地址就可以操作了，無需mmap.通知用戶空間，可以采用procfs/sysfs等。

強烈建議：在邊界控制上，一定要精確細致，不推薦初學者采用，一旦越界，可能引起“Kernel Panic”。 更有可能就DOWN了。 對于此實現方式，建議參考mapper(LDD3)程序。 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即可得到物理地址。 如果采用了HIMEM和NUMA，請參見Kernel關于內存映射的算法。 當主存達到1G或超過時，請減小用戶空間大小。

隨著硬件技術的發展，VMA在主存相當大時，可以考慮進行修正，完全可以集中采用物理映射方式。沒必要交換了。否則，反而影響性能。 32位平臺，如果主存2G，采用SWAP會使得性能有較大下降。 而在大容量數據傳輸時，也不可能采用SWAP方式的，不允許換出。 建議Linus在VMA中加入進程分類，不平類別的應用，分配不同的內存塊。 小數據PAGE_SIZE = 4K/大數據4M/128M. 地址模式全轉換為64位，兼容32位，當應用于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，運行不同應用(不同的進程管理，內存管理，文件管理)，只是接口可以統一，不同標志而已。