1《unix 操作系统教程》课程实验报告实验名称 Linux 内存管理实验实验序号 5 姓 名系院专业班 级学 号 实验日期 2012.11.28 指导教师成 绩一、实验目的1. 通过在Linux 环境下对内存管理的基本操作，感性认识Linux 如何对内存进行管理。

2. 利用readelf 和objdump 观测 linux 下的内存地址映射过程以及进程的虚拟地址空间。

二、实验内容与要求(1)按照实验内容完成实验操作步骤，学习内存管理中的一些常用命令 (2)理解linux 中逻辑地址、线性地址的概念。

(3)提交实验报告。

三、实验设备地点： 实验实训中心A4-2 设备：计算机一台 linux 操作系统2四、实验步骤与测试实验一free 命令显示显示内存的使用情况(使用的和空闲的)，包括物理内存、交换区内存、内核缓冲区内存。

不包括共享内存。

free 命令默认选项为-k 语法:free [-bkmotV] [-s <间隔秒数>]选项介绍: -b: 以Byte 为单位显示内存使用情况; -k: 以KB 为单位显示内存使用情况; -m: 以MB 为单位显示内存使用情况; -o: 不显示缓冲区调节列;-s<间隔秒数>: 每间隔指定时间执行一次free 命令; -t: 显示内存总和列;-V: 显示版本信息;（1）free -k: 以KB 为单位显示内存使用情况;解释：total: 内存总量: 3355508(k) used: 已经使用的内存量: 490664(k) free: 空闲的内存量: 2864844(k)shared: 当前已经废弃不用，总量是0(k) buffers: 25164（k)Buffer Cache 内存量: 263480(k)cached: Page Cache 内存量: 21436(k)（2）free –m -s 5:以M 为单位，5秒显示以下内存信息解释：以上为每隔5秒显示内存信息，由以上图可知：两次内存使用情况没有变化。

（3）free -o: 不显示缓冲区调节列;解释：由以上可知Buffer Cache 这一列没有显示出来。

（4）free -t: 显示内存总和列;解释：如上所示，内存总和是3355508(k)，内存已使用为491408(k)，内存空闲为2864100(k)。

（5）free -V: 显示版本信息解释：版本号为3.2.72．swapon –s：显示交换区的使用状况解释：交换区名为：/dev/sda3,类型为partition,大小为425712，已使用为0，优先级为-1。

3. vmstat是Virtual Meomory Statistics（虚拟内存统计）的缩写，可对操作系统的虚拟内存、进程、CPU活动进行监视。

它是对系统的整体情况进行统计，不足之处是无法对某个进程进行深入分析。

解释：vmstat [-V] [-n] [delay [count]]其中，－V表示打印出版本信息；－n表示在周期性循环输出时，输出的头部信息仅显示一次；delay是两次输出之间的延迟时间；count是指按照这个时间间隔统计的次数。

对于vmstat输出各字段的含义，可运行man vmstat查看。

下面给出了各个参数的不同含义：procs:r-->在运行队列中等待的进程数b-->在等待io的进程数w-->可以进入运行队列但被替换的进程memoyswap-->现时可用的交换内存（k表示）free-->空闲的内存（k表示）buff-->被用来做为缓存的内存数，单位：KBcache-->被用来做为文件读写缓存的内存数，单位：KBswapsi-->从磁盘交换到内存的交换页数量，单位：KB/秒so-->从内存交换到磁盘的交换页数量，单位：KB/秒IObi-->磁盘块入34bo-->磁盘块出 Systemin-->每秒的中断数，包括时钟中断 cs-->每秒的环境（上下文）切换次数 CPU按 CPU 的总使用百分比来显示 us-->用户进程使用的时间 sy-->系统进程使用的时间 id-->cpu 空闲的时间 pagesre-->回收的页面mf-->非严重错误的页面 pi-->进入页面数（k 表示） po-->出页面数（k 表示） fr-->空余的页面数（k 表示）de-->提前读入的页面中的未命中数 sr-->通过时钟算法扫描的页面 disk 显示每秒的磁盘操作。

s 表示scsi 盘，0表示盘号 fault 显示每秒的中断数 in-->设备中断 sy-->系统中断 cy-->cpu 交换实验二1.搭建linux 实验平台，并在搭建好的平台中用vi 编辑器编写一个简单C 程序：1. /*test.c */2.3. #include <stdio.h>4.5. int global_data = 4;6.7. int global_data_2; 8.9. int main(int argc, char **argv) 10. 11. { 12.13. int local_data = 3; 14.515. printf("HelloWorldn"); 16.17. printf("global_data= %dn", global_data); 18.19. printf("global_data_2= %dn", global_data_2); 20.21. printf("local_data= %dn", local_data); 22.23. return (0); 24. 25. }2. 编译： $gcc -o test test.cA.查看ELF 的头。

刚生成的二进制就是我们要查看的目标。

从ELF 的头开始吧： $readelf -h test 实验结果：可执行文件是可以在Intel x86 32 bit 的体系的机器上运行的（从“machine”和“class”字段）。

当执行时，程序将从虚地址0x080482c0(看“Entry point address”)开始运行。

这个地址不是指向我们常见的main()函数地址的，但是它指向是一个名为__start 的函数。

__start 函数是被linker 创建的，它的目标是初始你的程序。

6这个程序还有28个节区(section)和7个段(segment)什么是节区(section)？ Section 是在目标文件中的一个区，它包括一些信息(这些信息对连接过程有用)：程序的代码、程序的数据（变量、数组、字符串），可重定向的信息和其它。

所以，在每一个区，几种信息组合在一起，这里有一个明显地含义：代码区只有代码，数据区只是初始化的或是没有初始化的数据，等等。

节区头部分列表（Section Header Table,SHT ）精确地告诉我们：ELF 目标文件中有什么section 。

至少从“Number of section headers”字段中知道“test”目标文件有28个section.如果section 是一个二进制表示的，linux 内核不能用一种方式读懂它，linux 内核准备几个VMA （Virtual Memory Area ），它们包括虚拟地址连续的页面帧。

在VMA 的内部，一个或多个section 被映射其中。

在这个例子中每一个VMA 都代表一个ELF 的段(segment)。

那内核是如何知道哪个section 去往哪个segment 呢？这是Program Header Table(PHT)的工作。

B.查看Section Header Table(SHT)让我们看一个Section 在程序中的存在形式： $ readelf -S test 实验结果：7编译器把可执行代码保存到.text 节区中。

那.text 节区被标记为可执行('X'在flag 字段）。

在这个节区，你可以看到我们main()函数的机器代码。

$ objdump -d -j.text test 实验结果：-d 选项告诉objdump 分解机器代码。

-j 告诉objdump 只关心那个特定的节区（在本例中，是.text ）。

以下是执行命令后的部分内容。

.data 节区保存所有的初始化的变量，这些变量不在栈中。

“Initialized”是指这些变量被赋于初始值，如”global_data”。

那”local_data”呢？“local_data”的值不在此节区中，它们生活在进程的栈里。

以下是用objdump 查看.data 节区：8$ objdump -d -j.data test 实验结果：C.查看 program Header Table(PHT)段(segment)是一个OS“看懂”我们程序的方法。

让我们看看我们程序是如何变成段的吧： $readelf -l test 实验结果：实验结果解释:映射很直观。

例如段号2，这里有15个节区被映射到其中。

.text 节区就映射到此段。

它的标志是R,E 其含义分别是可读，可执行。

W 就是可读的含义。

可以使用/proc/<pid>/maps 文件也可以得看到它。

<pid>是一个我们想要查看的进程的ID 。

， test 进程运行的太快了，在进入/proc 这前，它就结束了。

可以使用gdb 来解决此问题。

也可以在return 之前调用 sleep()来搞定这个问题。

9在另一个控制台中： $ gdb test (gdb) b mainBreakpoint 1 at 0x8048376 (gdb) rBreakpoint 1, 0x08048376 in main ()在此保持(hold)住，打开另一个控制台，找到test 的PID 。

如果你想图省事的话，就这样： $ cat /proc/`pgrep test`/maps 实验结果：回到gdb ，输入： (gdb) q10于是，最后，我们看到了12个段（实际上是VMA ）。

重点关注第一个字段和最后一字段。

第一字段显示了VMA 的地址范围，最后一个字段显示了背后的文件。

你在看到VMA 的第8行与之前PHT 的第2行的类似点了吗？不同之处是SHT 说它自己于0x080484fc 结束，但在8号段中我们看到它的结束地址是0x08049000。

在VMA9号与段3号之间也有同样的现象。

SHT 显示3号段开始于0x080494fc 。