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隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷升級和發(fā)展，Linux系統(tǒng)作為一款完全開源的操作系統(tǒng)，也在日益被廣泛使用。同時，對于其核心部分——內(nèi)核，也在不斷被開發(fā)和改進，以適應(yīng)不同場景下的需求。其中，關(guān)于內(nèi)存管理的研究與實現(xiàn)是非常重要的一環(huán)。本文將著重討論Linux內(nèi)核中的pagein過程，以加深讀者對其內(nèi)部實現(xiàn)的理解。
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一、前置知識
在正式介紹Linux系統(tǒng)中的pagein過程之前，我們需要了解一些相關(guān)的背景知識。
內(nèi)核中的頁面調(diào)度算法
在Linux操作系統(tǒng)中，內(nèi)存管理一課通的重要內(nèi)容就是頁面調(diào)度。頁面調(diào)度算法主要用于在有限的物理內(nèi)存空間下，對進程所請求的虛擬內(nèi)存頁面進行置換。常規(guī)的算法有FIFO（先進先出）、LRU（最近最少使用）、Clock算法等等，每種算法都有其優(yōu)點和不足，根據(jù)場景和具體情況進行選擇和調(diào)優(yōu)。
內(nèi)存地址空間（Virtual Memory）
內(nèi)存地址空間是指計算機程序中的內(nèi)存分配單元所占的虛擬地址范圍，并通過內(nèi)存管理單元（MMU）將其映射到物理內(nèi)存地址空間的操作過程。在操作系統(tǒng)中，通常每個進程都有自己獨立的虛擬地址空間，這樣就可以隔離不同程序之間的內(nèi)存訪問，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
二、pagein過程
pagein過程是指在進程經(jīng)過內(nèi)存空間的時候，內(nèi)核將由虛擬地址映射到的物理地址所對應(yīng)的頁面，從磁盤上載入到內(nèi)存中的過程。這個過程通常是由操作系統(tǒng)自動完成的，而不需要人工干預。所謂頁面是指操作系統(tǒng)對內(nèi)存空間進行管理的基本單元，大小通常為4KB或者8KB，每個頁面都有自己的頁框和頁表來管理。
在pagein過程中，有一條很重要的命令是fault，也叫缺頁中斷。當運行進程訪問一個地址空間中不存在的頁面時，內(nèi)核將發(fā)出一個中斷，系統(tǒng)即發(fā)生了缺頁事件。此時，內(nèi)核需要將缺失頁面所對應(yīng)的物理頁面從磁盤上載入到內(nèi)存中，并且更新進程的頁表，以保證進程能夠完成其所需要執(zhí)行的操作。
圖1：pagein過程的調(diào)用流程
（圖片來源：http://web.cs.ucla.edu/classes/fall16/cs111/projects/p3.html）
1.缺頁處理
缺頁中斷是pagein過程的入口，它是由MMU硬件自動發(fā)起的，通常是由CPU上的MMU硬件設(shè)備檢測到缺頁并通過TRAP/TRAPV指令生成中斷（缺頁異常）。此時Linux內(nèi)核會通過page fault handler函數(shù)來處理缺頁，檢測到該頁面不在主存中，于是它會調(diào)用do_page_fault函數(shù)。
2.do_page_fault
do_page_fault是Linux內(nèi)核用來處理缺頁事件的主要核心函數(shù)之一。在該函數(shù)中，內(nèi)核首先會判斷當前的缺頁原因，然后根據(jù)不同的情況嘗試去恢復進程的執(zhí)行。如果是由于不存在（not present）或權(quán)限（protection）原因造成的缺頁事件，內(nèi)核會調(diào)用handle_mm_fault來處理。
例：在Linux系統(tǒng)中，當進程訪問不存在的頁面時，會發(fā)生如下的缺頁情況。
圖2：不存在頁面的情況
3.handle_mm_fault
handle_mm_fault函數(shù)是真正的缺頁處理函數(shù)。它通過計算出目標頁在磁盤上的位置，將該頁從磁盤讀入緩存區(qū)，并將該頁面映射到進程的虛擬地址空間中。同時，它會將新讀入的頁面添加到進程的內(nèi)存空間運行隊列和頁面LRU鏈表中，作為后續(xù)內(nèi)存頁面置換算法的參考。
通過上述介紹，我們可以發(fā)現(xiàn)pagein過程在Linux內(nèi)核中起到了非常關(guān)鍵的作用。它通過Linux內(nèi)核提供的缺頁中斷處理機制，將請求頁面從磁盤中讀入到內(nèi)存中，提供了加速進程運行、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的優(yōu)秀機制。在實際的運用過程中，我們可以進行針對性地調(diào)整頁面調(diào)度算法、緩存區(qū)及LRU鏈表等參數(shù)，以提升系統(tǒng)的性能及穩(wěn)定性。
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跟linux有什么關(guān)系，python是跨平臺的，爬取圖片的代碼如下：
import urllib.requestimport osimport randomdef url_open(url):
req=urllib.request.Request(url) #為請求設(shè)置user-agent,使得程序看起來更像一個人類
req.add_header(‘User-Agent’,’Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64; rv:43.0) Gecko/Firefox/43.0′) #代理IP，使用戶能以不同IP訪問，從而防止被服務(wù)器發(fā)現(xiàn)
”’iplist=
proxy_support=urllib.request.ProxyHandler({‘http’:random.choice(iplist)})
opener=urllib.request.build_opener(proxy_support)
opener.addheaders=
urllib.request.install_opener(opener)”’
response=urllib.request.urlopen(req)
html=response.read() 運穗租 return htmldef get_page(url):
html=url_open(url).decode(‘旁兆utf-8’)
a=html.find(‘current-comment-page’)+23
b=html.find(‘>’,a) #print(html)
return htmldef find_imgs(url):
html=url_open(url).decode(‘utf-8’)
img_addrs=
a=html.find(‘img src=’) while a!=-1:
b=html.find(‘.jpg’,a,a+140)if b!=-1:if html!=’h’:
img_addrs.append(‘http:’+html)else:
img_addrs.append(html)else:
b=a+9
a=html.find(‘img src=’,b) for each in img_addrs:
print(each+’我的打印’) return img_addrsdef save_imgs(folder,img_addrs):
for each in img_addrs:#print(‘one was saved’)
filename=each.split(‘/’)with open(filename,’wb’) as f:
img=url_open(each)
f.write(img)def download_mm(folder=’ooxx’,pages=10):
os.mkdir(folder)
os.chdir(folder)
url=””
page_num=int(get_page(url)) for i in range(pages):
page_num=page_num-1
page_url=url+’page-‘+str(page_num)+’#comments’
img_addrs=find_imgs(page_url)
save_imgs(folder,img_addrs)if __name__==’族鋒__main__’:
download_mm()
完成
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當前名稱：Linux系統(tǒng)：pagein過程解析(linuxpagein)
轉(zhuǎn)載來源：http://m.5511xx.com/article/cocpopj.html
