linux内存管理方式(深入理解linux内存管理)

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一、Linux内核内存管理之页框管理页框管理在Linux内核的内存管理中起着核心作用，负责动态分配和优化RAM资源。Linux通过将物理内存划分为页框，创建了灵活高效的内存分配机制，旨在降低TLB（TranslationLookasideBuffer）刷新频率，提高性能。
从数据结构上来说，每个物理页框都映射到内核中的structpage。这些结构存储在mem_map数组中，包括状态标志、引用计数和页表数量等信息。条目以及内核使用的页表条目数。各种信息。通过__pa()、pfn_to_page()和virt_to_page()等宏，内核可以精确定位每个页面描述符并提供快速的地址到内存转换。
Linux2.6内核引入了NUMA（Non-UniformMemoryAccess）模型，它将物理内存划分为多个节点，每个节点由一个pg_data_t描述符管理。8086架构上的传统UMA还通过将所有内存集中在一个节点上来保持代码可移植性。除了承载内核数据之外，页帧在磁盘缓存中也发挥着重要作用，但受到ISA总线DMA处理器的地址范围和线性地址空间大小等硬件限。
内存分为ZONE_DMA、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGHMEM等不同区域，每个区域都有自己的管理区域描述符，保存在mmzone.h中。这些描述符包含诸如空闲页数、保留页数和内存分配策略（例如用于优化缓存行布局和性能的ZONE_PADDING）等信息。
页框管理的内核实现使用了pages_high（页框回收上限）、lowmem_reserve（内存不足时的预留）、per_cpu_pageset（每个CPU的缓存）等关键数据结构。将会完成。一组锁（例如free_area链表）可确保高效的内存管理。伙伴系统通过递归地分割和合并空闲块来避免分配期间的内存碎片，以确保连续的内存分配。
核心页框分配函数，如__alloc_pages，提供了alloc_pages、get_free_pages等多种接口，可以根据不同的标志和需求，灵活地从内存池中检索或释放页框。当内存不足时，内核会执行策略性内存回收，例如杀死进程以释放内存，以确保系统稳定运行。
综上所述，Linux页帧管理机制通过精心设计的数据结构和算法，提供高效的内存分配、回收和优化，以保证稳定性。系统和性能。深入理解这部分对于内核开发人员来说非常重要。

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二、Linux进程内存管理方法？Linux系统提供了复杂的存储管理系统，使得进程可以访问的内存达到4GB。在Linux系统中，4GB的内存空间在进程中被分为两部分——用户空间和内核空间。用户空间的地址一般分布在0~3GB之间（即PAGE_OFFSET，在Ox86中等于OxC0000000，这样剩下的3~4GB就是内核空间）。并且无法访问虚拟地址。用户进程只能通过系统调用（代表用户进程在内核模式下执行）来访问内核空间。每个进程的用户区完全独立，彼此无关。每个用户进程都有不同的页表。内核空间是由内核映射的，不随进程变化，是固定的。内核空间的虚拟地址到物理地址的映射是由所有进程共享的，并且内核的虚拟空间独立于其他程序。Linux中的1GB内核地址空间分为物理内存映射区、虚拟内存分配区、高级页映射区、专用页映射区和系统保留映射区。对于x86系统，一般情况下，物理内存映射区域的最大长度为896MB，系统的物理内存依次映射到核心空间的这个区域。当系统物理内存大于896MB时，超出物理内存分配范围的部分内存称为高端内存（而不超出物理内存分配范围的内存通常习惯上称为Core内存）。访问高级内存时必须将它们映射到高级页映射区域。Linux在内核空间顶部保留了FIXADDR_TOP~4GB区域作为保留区域。当系统的物理内存超过4GB时，必须使用来自CPU的扩展分页模式（PAE）的64位页目录项来访问4GB以上的物理内存，这需要CPU的支持。添加了PAE功能的IntelPentiumPro和更高版本的处理器允许将内存配置为高达64GB，并且们具有物理地址空间的36位寻址能力。可以看到，对于32位x86来说，在3~4GB之间的核心空间中，从低地址到高地址，分别是：物理内存映射区隔离区vmalloc虚拟内存分配器区隔离区高级内存映射区私有页映射区域保留区域。