Linux 内存管理 | 物理内存、内存碎片、伙伴系统、SLAB分配器

最新推荐文章于 2023-08-24 21:24:24 发布
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分类专栏： 操作系统 文章标签： 伙伴系统 SLAB分配器 Linux 物理内存 内存碎片
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Jormungand_V/article/details/119383502
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本文详细介绍了Linux内核中的内存管理，包括物理内存的三个区域：ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM。文章重点讨论了内存分配过程中遇到的外部碎片和内部碎片问题，以及如何通过伙伴系统和SLAB分配器来解决这些问题。伙伴系统通过将内存分组为11个链表，有效管理不同大小的内存块，减少外部碎片。SLAB分配器则针对小块内存分配，通过缓存池机制，提高内存分配效率并减少内部碎片。

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文章目录

物理内存

在Linux中，内核将物理内存划分为三个区域。

在解释DMA内存区域之前解释一下什么是DMA：

DMA（直接存储器访问） 使用物理地址访问内存，将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间，从而加快磁盘和内存之间数据的交换，不经过MMU（内存管理单元），这时CPU可以去干别的事，大大增加了效率。

  • DMA内存区域(ZONE_DMA)： 包含 0M~16M 之内的内存页框，该区域的物理页面专门供I/O设备的DMA使用，DMA需要连续的缓冲区，为了能够提供物理上连续的缓冲区，必须从物理地址空间专门划分一段区域用于DMA。
  • 普通内存区域(ZONE_NORMAL)： 包含 16MB~896M 以上的内存页框，可以直接映射到内核空间中的直接映射区。
  • 高端内存区域(ZONE_HIGHMEM)： 包含 896M 以上的内存页框，不可以进行直接映射，可以通过 高端内存映射区中的永久内存映射区 以及 临时内存映射区(固定内存映射区中的一部
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Linux内存管理（22）：buddy 分配器前篇
私房菜
08-06 968
在上一文buddy 系统中，简单介绍了 buddy 系统的初始化过程以及其原理。我们知道 buddy 系统是操作系统中常用的一种动态存储管理方法，在用户提出申请时，分配一个大小合适的内存块给用户，并在用户释放内存块时回收。在buddy 系统中，内存块（page block）的大小是2 的 order 次幂个pages。Linux 内核中 order 的最大值用 MAX_ORDER 来表示，通常是11，也就是最大的物理内存块可以达到pages（4MB）。zone 中的 free_area 数组分别管理。
Linux内存管理: 物理内存的分配与回收
wangbyby
04-30 678
接上文 大段代码警告 本文主要讲物理页面的分配以代码为主 有以下四个函数 __alloc_pages rmqueue expand balance_classzone 请主要关注前三个函数. 特别是rmqueue与expand函数. 物理页面的分配 核心流程: __alloc_pages→\rightarrow→rmqueue→\rightarrow→expend __alloc_pages ...
Linux物理内存管理概述
newnewman
11-12 4230
在内核态申请内存比在用户态申请内存要更为直接，它没有采用用户态那种延迟分配内存技术。内核认为一旦有内核函数申请内存，那么就必须立刻满足该申请内存的请求，并且这个请求一定是正确合理的。相反，对于用户态申请内存的请求，内核总是尽量延后分配物理内存，用户进程总是先获得一个虚拟内存区的使用权，最终通过缺页异常获得一块真正的物理内存。 1.物理内存的内核映射 IA32架构中内核虚拟地址空间只有1GB大小
Linux2.6物理内存管理
weixin_30457551的博客
04-28 211
一、物理内存的分配 1.Linux2.6支持非一致内存访问（NUMA），被分为一节点，每一个节点内是UMA 80x86系统不使用NUMA，因为只有一个节点 每个节点分为3个管理区：ZONE_DMA ， ZONE_NORMAL ， ZONE_HIGHMEM 2.3个管理区的分布与特点见表格： ZONE_DMA ZONE_NAORMAL ZON...
关于Linux物理内存管理的理解
余璜的技术博客
10-18 2462
唉，我真笨，终于明白了Linux物理内存管理的模式。总是想，物理内存还得内存管，一旦要分配新数据结构，就成了鸡蛋问题。心得如下：首先，假设我们有4G+的物理内存。Linux下物理内存用page结构管理。理解后抽象出的简化page结构如下： struct page page {struct page * next;   /* 下一个“页内存区”*/long used;   /* 
Linux系统的物理内存管理
u011952832的博客
10-15 537
1、“物理内存”和“虚拟内存” 一般我们说内存，即指“物理内存”。那为什么本文要强调“物理内存”的概念呢？这是为了和“虚拟内存”的概念区分。常见的操作系统，例如Linux和windows，都是建立在存储映射机制的基础上。不同计算平台的“物理内存”大小不尽相同，其在操作系统初始化时，根据硬件情况确定，而“虚拟内存”的大小是由操作系统本身决定，例如32位系统的每一个用户态进程拥有的“虚拟内存”大小就是固定4G。 简单地说，同一个操作系统不管运行在什么机器上，每个进程拥有的虚拟内存空间都是固定的；而同一台机器不管
Linux内存管理：Slab分配器原理与应用
"本文主要介绍了Linux内存管理中的Slab分配器机制，该机制用于高效地管理小内存区的分配和释放，以减少内碎片并优化性能。Slab分配器源于Jeff Bonwick为SunOS设计的算法，核心思想是将内存保持在已初始化的状态，以...
Linux内存管理中的Slab分配机制.pdf
09-06
Linux 内存管理中的 Slab 分配机制 Linux 操作系统 的内存管理机制中，Slab 分配机制 plays a...Slab 分配机制是 Linux 内存管理机制中的一个重要组件，它通过减少内存碎片的产生和提高系统性能来提高系统的整体性能。
Linux内核的slab分配器与内存管理
"slab分配器是Linux内存管理系统中的一个重要组件，它提供了一种高效的方式来管理和分配内存，特别是针对小对象的内存请求。slab分配器通过创建专用的高速缓存来优化内存的使用，这些高速缓存用于存储特定大小的对象...
linux物理内存的管理
darmao的博客
12-28 342
数据结构:typedef struct pglist_data { struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES]; struct zonelist node_zonelists[MAX_ZONELISTS]; int nr_zones; struct page *node_mem_map; struct bootmem_data *
【Linux】Linux物理内存的管理
Yngz_Miao的博客
07-18 8913
Linux物理页框的描述 为了管理和描述物理页框，Linux在文件/include/linux/mm.h中定义了page结构： struct page { page_flags_t flags; /* 页的一些状态标志*/ atomic_t _count; /* 计数器，记录了访问本页框的程序数 */ atomic_t _mapcount; /* mm映射的的...
深入理解Linux物理内存管理
weixin_45337360的博客
06-01 1233
本文主要介绍Linux 物理内存管理，从物理内存模型，物理内存架构，物理管理三个角度，一步一步给大家做了系统详细的讲解。
linux查看slab内存,Linux内存分配机制——伙伴系统和SLAB(示例代码)
weixin_42173205的博客
05-01 411
内核内存管理的一项重要工作就是如何在频繁申请释放内存的情况下，避免碎片的产生。这就要求内核采取灵活而恰当的内存分配策略。通常，内存分配一般有两种情况：大对象(大的连续空间分配)、小对象(小的空间分配)。针对不同的需求，Linux分别采取了伙伴系统算法和SLAB进行内存分配。伙伴系统：把所有的空闲页框分为11个块链表，每个块链表中的结点分别是大小为1，2，4，8，16，32，64，128，256，5...
Linux内存管理宏观篇（四）物理内存：物理内存管理区
叫好与叫座虽然不是对立面，但想在同一个作品中达到双重效果很难。
08-25 635
前面我们了解了物理页面，知道物理页面的管理结构struct page的内容。这里来看看物理内存的分区。我们知道32位对于4GB，然后这个4GB分成了1GB的内核和3GB的用户。1G的内核地址空间可访问全部的物理内存地址，3G的用户地址空间访问最大3G的物理内存地址。因此在内核部分线性映射，肯定是无法实现的。怎么解决呢？......
很好的一片有关分段和分页解释的
killcpp的专栏
01-05 900
http://bbs.chinaunix.net/thread-3586493-1-1.html 首先实模式和保护模式是CPU的两种工作模式。一开始PC启动时CPU是工作在实模式下的，经过某种机制后，CPU跳转到保护模式。 Intel 8086是16位CPU，它只有16位寄存器、16位数据总线和20位地址总线，它只能运行在实模式 在实模式， 物理地址=段值*16+偏移  段值和偏移都是1
物理内存管理（5）------------------内存碎片
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04-18 282
内存碎片 过小的空闲区，难以实际利用； 内存碎片会降低内存有效利用率 碎片问题 动态分区的缺点 容易产生内存碎片；内存反复分配和分割 首次适应法|最佳适应法|最坏适应法？ 解决办法一 规定门限值 分割空闲区时，若剩余部分小于门限值，则此空闲区不进行分割，而是全部分配给用户。 解决办法二 将所有空闲区集中一起构成大的空闲区 拼接时机 释放区回收的时候 　　　　　拼接频率过大，系统开销大 系统找不到...
一步一图带你深入理解 Linux 物理内存管理
BeginnerMind
06-11 925
在我们理解了物理内存的 NUMA 架构，以及在 NUMA 架构下的内存分配策略之后，本小节笔者来为大家介绍下如何正确的利用 NUMA 提升我们应用程序的性能。前边我们介绍了这么多的理论知识，但是理论的东西总是很虚，正所谓眼见为实，大家一定想亲眼看一下 NUMA 架构在计算机中的具体表现形式，比如：在支持 NUMA 架构的机器上到底有多少个 NUMA 节点？每个 NUMA 节点包含哪些 CPU 核，具体是怎样的一个分布情况？前面也提到 CPU 在访问本地 NUMA 节点中的内存时，速度是最快的。
Linux内存管理之内存碎片
最新发布
蓝蓝的天空专栏
08-24 165
随着系统持续的运行，内存不停的被分配使用、回收，再分配、再回收…，在这个过程中，内存往往会变理碎片化，不再连续。尽管通过虚拟内存可以将分散的物理页面以连续的方式对外展现（类似外观模式），但是有的时候需要分配比较大的，并且连续的物理内存。例如，当设备驱动程序需要一个很大的DMA缓存区的时候，怎么办呢？该机制统一将被占用的页面从内存的下部区域移动到上部空闲的区域，当完成一次整理之后，占用的页面在内存区域的一侧，空闲页面则连续的在另一侧，这样就有较大的的连续物理内存供分配使用了。
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