简述linux内存管理机制

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一、Linux内核内存管理之页框管理在Linux内核的内存管理中，页帧管理起着至关重要的作用，它充当内存域领导者，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，构建了灵活高效的内存分配机制，目的是减少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一个结构化页。这些结构体存储在mem_map数组中，包含状态标志、引用数量、页表项数量以及内核使用的页表项数量等信息。各种信息。通过__pa()、pfn_to_page()、virt_to_page()等宏，内核可以精确定位每个页面描述符，实现快速的地址到内存的转换。
在Linux2.6内核中，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pg_data_t描述符进行管理。即使是8086架构的传统UMA也通过将所有内存集中在单个节点上来保持代码的可移植性。页框不仅承载内核数据，还在磁盘缓存中发着重要作用，但受到硬件限制，例如ISA总线DMA处理器的寻址范围和线性地址空间大小。
内存分为ZONE_DMA、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGHMEM等不同的区域，每个区域都有自己的管理区域描述符，存放在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ZONE_PADDING）等信息，用于提高缓存行对齐和性能。
在页框管理的内核实现中，pages_high（回收页框上限）、lowmem_reserve（内存不足时保留）、per_cpu_pageset（每CPU缓存）等关键数据结构使用）和一系列锁（例如无区域链表）共同确保高效的内存管理。伙伴系统通过反复分裂和合并空闲块来避免分配过程中的内存碎片，以确保连续的内存分配。
基本的页框分配函数，如__alloc_pages，提供了各种接口，如alloc_pages、get_free_pages，可以根据不同的标志和需求，灵活地从内存池中获取或释放页框。当内存不足时，内核会进行策略性的内存回收，包括kill操作来释放内存，以保证系统的稳定运行。
总之，Linux的页框管理机制是内存管理艺术的体现，通过精心设计的数据结构和算法，实现高效的内存分配、回收和优化，保证性别和性能的稳定。深入理解这一部分对于内核开发人员至关重要。