D
6
150
用户空间 3G
2
1
页表：Page Table
外设总线（Peripheral Bus）
I
16
Q6
调度scheduled
空间越来越大速度越来越慢
C
3
B和C到达
内部结构（internal structure）
虚拟地址空间
程序计数器
虚拟内存：将主存扩大到磁盘中
硬件系统：CPU、存储器、总线、IO设备
i
4
当前进程
foo
网络栈Network Stack
1. I/O操作
page 0
操作系统
平均访问延迟
-
接口（interface）
时间片
用户接口程序：Shell 或 GUI
二级页表
read()
抢占式最短任务优先算法（PSJF）
87
39
专有的
A
47
64KB
0KB
read
Q2
32位操作系统
inode table
数据寄存器Data Register
5
0
用户进程
物理内存（页帧：Frame）
001
2nsec
其他程序运行所需信息
bar.txt
页表的一页
PFN
110
4G
I/O总线（I/O Bus）
用户态
内核态
寄存器
inode
命令寄存器Command Register
I/O设备系统架构
显卡
进程A
86
键盘
CPU
Max
内存管理Memory Management
进程表项3
操作系统通过维护进程表实现进程的状态模型
56
I/O操作过程
畅通
48
进程表项N
运行
100
网卡
c
程序代码
进程B
内核空间 1G
Linux层次概述
物理内存
鼠标
10nsec
CPU时间轴
堆
页表项（PTE）
进程C
40
120
15
root
inode table
内核空间
内存
frame 0
201
从0到最大存储位置的列表max = \b用户空间虚拟内存大小
B
未分配
硬件
Q5
......
磁盘
多级反馈队列（MLFQ）
早期操作系统直接使用物理内存
bar
TASK_SIZE
50
硬件中断
32
上下文切换
目录树结构
file & directory
进程表项2
内存总线（Memory Bus）
文件系统在磁盘中的数据结构
10msec
Linux将虚拟地址空间划分为两个部分，分别称为内核空间和用户空间。32位处理器只有4G虚拟内存寻址空间。3G分配给用户空间，1G分配给内核空间每个用户空间的进程都使用自己的虚拟地址空间，而内核则占用单独的地址空间
虚拟内存（页：Page）
data region
ima.jpg
63
512KB
320KB
23
软件
write
256KB
低优先级
20
15KB
有效位
d
S
8
55
MMU负责映射
堆栈指针
13
7
进程三态
地址空间逻辑结构Address Space
主存
35
进程表项1
448KB
栈
进程表（Process Table）数据/链表结构
Q3
主存：内存
10
foo.txt
VFS（虚拟文件系统）Virtual File System
状态寄存器Status Register
阻塞
设备驱动程序Device Drivers
并发
204
4. 中断处理程序唤醒用户进程继续执行
16KB
1KB
已打开文件状态
1nsec
进程
取消调度descheduled
系统调用System Call
文件读取磁盘操作时间线
DMA操作时间线
页目录项（PDE）
dir
DMA
最短任务优先算法（SJF）
bardata[0]
max
用户空间
384KB
虚拟化
设备特定芯片
open(\"/foo/bar\")
2. 时钟中断，挂起
30
未分配内存
12
31
inumber
硬件系统：CPU、存储器、总线、IO设备、网卡
应用程序
128KB
进程管理Process Management
持久化
或
页目录
3. 执行完成发布硬件中断指令
data block
上层应用：浏览器、Word、Excel等
PIO操作时间线
辅存：磁盘等
bardata[1]
就绪
5G
/
192KB
高优先级
文件系统File Management
Q1
如：PCI总线
I/O设备
高速缓存：L1/L2/L3
24
2KB
Q4
