Linux内存管理机制(linux内存管理java实现)

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一、Linux-NUMA架构之内存和调度

深入理解LinuxNUMA架构：内存管理和调度的本质

LinuxNUMA架构是对内存和处理器的优化设计，旨在提高系统性能。本文将重点关注XLP832架构，并讨论2.6.32.9内核下内存管理和调度的关键要素。让我们探讨一下节点分类、内存映射和CPU访问速度的细微差别，以及如何通过SMP和NUMA配置来优化系统性能。

在XLP832架构中，内存的物理地址空间分布至关重要。PCIE配置空间由ECFG_BASE和ECFG_LIMIT定义，存放在PCIeBus0的Device0-23和Function0的寄存器区域中。视频资源推荐了Linux内存架构、进程调度CFS、服务器开发/后端架构师的学习资料，以获得更全面的了解。

内存映射寄存器组针对每个节点分为4组，每组负责不同类型的DRAM。例如DRAM_BAR0-7对应PCIeBus0的设备0-23和Function0的0x54-0x5B寄存器。了解这些地址和长度可以深入了解内存布局。

初始化流程

bootmem_init：保证每个节点都有独立的bootmem管理，为后续的内存分配奠定基础。
Buddy初始化：通过structnode_active_regionearly_node_map初始化zone大小和pageset结构，为动态内存分配做准备。

NUMA架构的变化体现在pglist_data结构体中，该结构体记录了各个节点的zone信息以及内存回收相关的变量。Zone分配策略由启动参数或内核算法自动确定，优先分配在ZONE_DMA外且内存充足的区域。

内存回收和调度

NodeDistance对内存回收策略有很大影响。当节点间距离超过20时，优先考虑节点间距离。越近的Node执行ReclaimZone。zone_reclaim_mode允许调整内存回收模式，通过/proc/sys/vm/zone_reclaim_mode设置。

内存分配策略灵活多样，从显式分配的Buddy、SLAB到隐式分配的MPOL策略，都体现了NUMA架构的智能性。Buddy通过alloc_pages_node()选择节点，SLAB使用kmem_cache_alloc_node()，优先选择本地节点。

引入CPUSET机制可以更精细地控制任务的内存和CPU资源。但需要注意的是，当内核内存不足时，CPUSET规则可能会动态调整，以保证系统稳定运行。

最后，通过/libnuma和numactl工具，我们可以灵活操作NUMA节点以及任务与内存节点之间的关联，实现内存资源的优化调度。

要深入理解LinuxNUMA架构，不仅需要掌握内存映射和节点分类，还需要灵活运用内存管理和调度策略，最大限度地发挥系统性能。现在您已经掌握了这些核心概念，您可以开始构建自己的高效NUMA系统。

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二、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。就像内存领域的指挥官一样，她负责RAM资源的动态分配和优化。Linux通过将物理内存划分为页框来构建灵活高效的内存分配机制，以减少TLB（TranslationLookasideBuffer）更新频率并提高性能。
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页。这些结构体存储在mem_map数组中，包含状态标志、引用计数、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()和virt_to_page()等宏，内核可以准确定位每个页面描述符，实现快速地址到内存的转换。
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一个节点上来保持代码的可移植性。页框不仅承载内核数据，还在磁盘缓存中发挥着重要作用，但受到硬件限制，例如：总线DMA处理器的地址范围和线性地址空间大小。
内存分为ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM等不同区域。每个区域都有自己的管理区域描述符，存储在mmzone.h中。这些描述符包含空闲页数、保留页数以及ZONE_PADDING等内存分配策略等信息，用于优化缓存行对齐和性能。
在页框管理的内核实现中，重要的数据结构如“pages_high”（页框复用上限）、“lowmem_reserve”（内存不足时保留）、“per_cpu_pageset”（缓存每个CPU）等使用了一系列的锁，例如：_area链表，共同保证高效的内存管理。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。
页框映射的核心函数，如：B.__alloc_pages，提供各种接口如：如alloc_pages和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，包括终止进程，以释放内存，保证系统稳定运行。
综上所述，Linux的页框管理机制是内存管理艺术的体现。精心设计的数据结构和算法，实现内存的高效分配、复用和优化，保证系统的稳定性。深入理解这一部分对于内核开发人员来说至关重要。