第 2 章 RHEL for Real Time 上的内存管理

实时系统使用虚拟内存系统，其中由用户空间应用引用的地址转换为物理地址。转换通过底层计算系统中的页表和地址转换硬件的组合进行。在程序与实际内存之间具有转换机制的优点是操作系统在需要时或 CPU 请求时可以交换页面。

在实时，若要从存储交换页面到主内存，之前使用的页表条目被标记为无效。因此，即使出现正常内存压力，操作系统也可以从一个应用程序检索页面，并将其提供给另一个应用程序。这可能导致无法预计的系统行为。

内存分配实现包括需求分页机制和内存锁定(mlock（)）系统调用。

注意

在不同缓存和 NUMA 域中共享 CPU 的数据信息可能会导致流量问题和瓶颈。

在编写多线程应用程序时，在设计数据分类前考虑机器拓扑。Topology 是内存层次结构，包括 CPU 缓存和 Non-Uniform Memory Access (NUMA)节点。

2.1. 需求分页
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需求分页与带有页面交换的分页系统类似。系统在需要或 CPU 需求时加载存储在辅助内存中的页面。程序生成的所有内存地址都通过处理器中的地址转换机制。然后，地址从特定于进程的虚拟地址转换为物理内存地址。这称为虚拟内存。转换机制中的两个主要组件是页表，翻译的缓冲(TLB)

页面表

页面表是物理内存中的多级表，其中包含虚拟到物理内存的映射。这些映射可以被处理器中的虚拟内存转换硬件读取。

含有分配物理地址的页表条目称为常驻工作集。当操作系统需要为其他进程释放内存时，它可以从常驻工作集中交换页面。交换页面时，对该页面中的虚拟地址的任何引用都会创建页面错误，并导致页面重新分配。

当系统物理内存非常低时，交换过程将开始 thrash （持续从进程窃取页面），且永远不会允许某个进程完成。您可以通过在 /proc/vmstat 文件中查找 pgfault 值来监控虚拟内存统计信息。

翻译查找缓冲区

translation Lookaside Buffers (TLB)是虚拟内存转换的硬件缓存。任何带有 TLB 的处理器核心在启动页表条目的内存读取时并行检查 TLB。如果虚拟地址的 TLB 条目有效，则内存读取将中止，并且 TLB 中的值用于地址转换。

TLB 根据引用的本地原则进行操作。这意味着，如果代码在一段时间内处于一个内存中（如循环或调用相关的功能），则 TLB 引用避免了地址转换的主要内存。这可显著加快处理时间。

在编写确定性和快速代码时，请使用保持参考本地功能的功能。这可能意味着使用循环而不是递归。如果递归不可避免，请将递归调用放在函数的末尾。这称为 tail-recursion，这使得代码在相对较小的内存中工作，并避免从主内存调用表转换。