Linux内核之内存管理

最新推荐文章于 2025-10-06 10:33:09 发布

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本文介绍了Linux内核如何管理内存，包括以页为基本单位的管理方式，页的结构和状态，以及区分不同特性的区（ZONE_DMA、ZONE_NORMAL等）。此外，还讨论了内存访问过程中的MMU和页表的作用，以及多级页表如何节省内存。最后，阐述了物理地址和虚拟地址的分布，以及内核和用户空间的地址映射策略。

一、页
　　内核把物理页作为内存管理的基本单位，尽管处理器的最小可寻址单位通常为字(或者字节)，但是，内存管理单元(MMU，管理内存并把虚拟地址转换为物理地址的硬件)通常以页为单位进行处理。正因为如此，MMU以页(page)大小为单位来管理系统中的页表(这也是页表名的由来)，从虚拟内存的角度来看，页就是最小单位；体系结构不同，支持的页大小也不尽相同，还有些体系结构甚至支持几种不同的页大小，大多数32位体系结构支持4KB的页，而64位体系结构一般会支持8KB的页，这就意味着，在支持4KB页大小并有1GB物理内存的机器上，物理内存会被划分为262144个页。
　　内核用struct page结构表示系统中的每个物理页；flag域用来存放页的状态，这些状态包括页是不是脏页，是不是被锁定在内存中等。flag的每一位单独表示一种状态，所以它至少可以同时表示出32种不同的状态；_count域存放页的引用计数，也就是这一页被引用了多少次，当计数值变为-1时，就说明当前内核并没有引用这一页，于是，在新的分配中就可以使用它了，内核代码不应当直接检查该域，而是调用page_count()函数进行检查，该函数唯一的参数就是page结构。当页空闲时，尽管该结构内部的_count值是负的，但是对page_count()函数而言，返回值为0表示页空闲，返回一个正整数表示页在使用，一个页可以由页缓存使用，或者作为私有数据，或者作为进程页表中的映射。virtual域是页的虚拟地址，通常情况下，它就是页在虚拟地址中的地址，有些内存并不永久地映射到内核地址空间上，在这种情况下，这个域的值为NULL，需要的时候，必须动态地映射这些页。

struct page {
   
   
		unsigned long			flags;
		atomic_t				_count;
		atomic_t				_mapcount;
		unsigned long			private;
		struct address_space	*mappi