11、Linux内核内存分配全解析

Linux内核内存分配全解析

1. Linux虚拟内存系统基础

Linux是一个虚拟内存系统，用户程序看到的地址并不直接对应硬件使用的物理地址。内核和用户进程都使用虚拟地址，地址转换由硬件MMU（内存管理单元）完成。借助虚拟内存，系统上运行的程序可以分配比物理可用内存多得多的内存，甚至单个进程的虚拟地址空间可以大于系统的物理内存。

ARM架构使用存储在内存中的转换表将虚拟地址转换为物理地址。MMU会在必要时自动读取这些转换表，这个过程称为表遍历（Table Walk）。MMU的一个重要功能是使系统能够将多个任务作为独立程序运行在各自的私有虚拟内存空间中，在很多情况下它们可以共享虚拟地址，而无需了解系统的物理内存映射或其他可能同时执行的程序。

当进程试图访问MMU未知的页面中的内存时，MMU会生成页面错误异常。页面错误异常处理程序会检查MMU硬件的状态和当前运行进程的内存信息，以确定该错误是“良性”的还是“恶性”的。良性页面错误会使处理程序为进程分配更多内存，而恶性错误则会导致处理程序终止该进程。

2. Linux地址类型

Linux中使用的地址类型主要有以下几种：
| 地址类型 | 描述 |
| ---- | ---- |
| 用户虚拟地址 | 用户空间程序看到的常规地址，长度取决于底层硬件架构，为32位或64位，每个进程都有自己的虚拟地址空间，该空间被分割，下部用于用户空间，上部用于内核。在32位处理器上为内核分配1GB虚拟地址空间时，分割点为0xC0000000。 |
| 物理地址 | 处理器和系统内存之间使用的地址，为32位或64位，即使是32位系统在某些情况下也可以使用更大的物理地址。 |