学习linux内核-- 内存，看一篇就够了(多图)

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本文详细介绍了Linux内核的内存管理，包括内存的总体布局、地址转换、页表机制、内核页表与进程页表的关系、伙伴系统和slab的内存分配，以及内存的回收和页表的反向映射。通过实例解析了内存地址的映射过程，阐述了内存分配工具如malloc、vmalloc和kmalloc的工作原理，并提到了内存分析工具valgrind和相关内存分析命令。

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内存模块

1 linux内存总体布局:内存分成用户态和内核态

4G进程地址空间解析

内核地址空间

进程地址空间

2 地址转换和页表

2.1 地址转换

虚拟内存是指程序使用的逻辑地址。每个进程4G。所有进程共享物理内存4G，所以逻辑地址和物理地址不是一一对应，需要地址转换.

页表由3部分组成：页目录，页面，页内偏移
32bit只有3级 0 －11位：页内偏移OFFSET 12－21位：页面表偏移PT(PTE 页表项.指向一张具体的物理内存页) 22－31位：页面目录偏移PGD
寻址过程如下：
1）操作系统从寄存器CR3获得当前页面目录指针（基地址）；
2）基地址＋页面目录偏移->页面表指针（基地址）；
3）页面表指针＋页面表偏移->内存页基址；
4）内存页基址＋页内偏移->具体物理内存单元。
页号=逻辑地址/页面大小；页面偏移量=逻辑地址%页面大小。
页目录保存页表项的地址,页表项保存物理地址,最后1项保存4k页内偏移。
进程页表长这样子：

举例说明地址映射:比如要访问线性地址0xBFC0 4FFE(1byte)，2进制形式

1).mmu先取线性地址高10位(31-22)=767，x4=3068=0xBFC，+cr3=0x3800 0bfc，即页目录项在内存的地址，此地址的内容0x392f f000即页表首地址(页对齐最后12位清0)
2).mmu取线性地址下面10位数(21-12)=4，x4=16=0x10，+0x392f f000=0x392f f010，即页表项在内存的地址，此地址的内容0x3080 4000即物理页面的首地址(页对齐最后12位清0)
3).mmu取线性地址最后12位数(11-0)=4094=0xffe作为低12位，0x3080 4000的前20位作为高20位，组成一个新的32位数0x3080 4ffe即线性地址0xBFC0 4FFE对应的物理地址

2.2 内核页表和进程页表的区别和联系？

进程页表访问：虚拟内存与物理内存的对应。内核页表：建立物理内存和disk的对应.address_space。
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