linux内存管理概述

一 概述：     虚拟内存作为一种逻辑层，处于应用程序的内存请求和硬件内存管理单元（Memory Management Unit，MMU）之间。     虚拟内存的优点：                               应用程序所需内存大于物理内存时也可以运行；                               程序只有部分代码装入内存时进程就可以执行它；                               程序是可重定位的，也就是说，可以把程序放在物理内存的任何地方；                               程序员可以编写与机器无关的代码，因为他们不必关心有关物理内存的组织结构。    虚拟内存子系统的主要成分是虚拟地址空间(virtual address space)。进程所使用的一组内存地址不同于物理内存地址。当进程使用一个虚拟地址时，内核和MMU协同定位其在内存中的实际物理位置。     所有unix系统都将RAM分为两个部分：     1.其中若干兆字节专门用于存放内核映像（即内核代码和内核静态数据结构）     2.RAM的其余部分通常由虚拟内存系统来处理，满足一下三种可能的方面：        &满足内核对缓冲区、描述符以及其他动态内核数据结构的请求；        &满足进程对一般内存区的请求及对文件内存映射的需求；        &借助于高速缓存从磁盘或其他缓冲设备获得较好的性能        内核内存分配器（kernel Memory Allocator,KMA）：      内核内存分配器是一个子系统，它试图满足系统中所有部分对内存的需求（来自其他内核子系统，它们需要一些内核使用的内存，还有一些来自用处程序的系统调用，用来增加进程的地址空间）。      一个好的KMA的特点：      &必须快，最重要的属性，因为它由所有的内核子系统调用；      &必须把内存的浪费减少到最低；      &必须努力减轻内存的碎片问题；      &必须与其他内存子系统合作，以便借用和释放页框。      进程的虚拟地址空间：      进程的虚拟地址空间包括了进程可以引用的所有虚拟内存地址。内核通常用一组内存区描述符描述进程虚拟地址空间。      内核分配给进程的虚拟地址空间由以下内存区组成：      &程序的可执行代码；      &程序的初始化数据；      &程序的未初始化数据；      &初始程序栈（用户态栈）；      &所需共享库的可执行代码和数据；      &堆（由程序动态请求的内存）      所有现代unix操作系统都采用请求调页（demand paging）的内存分配策略。有了请求调页，进程可以在它的页还没有在内存是就开始执行。当进程访问一个不存在的页时，MMU产生一个异常；异常处理程序找到受影响的内存区，分配一个空闲的页，并用适当的数据把它初始化。同理，当进程调用malloc或brk（由malloc在内部调用）系统调用动态请求内存时，内核仅仅修改进程的堆的大小。只有试图引用进程的虚拟内存地址而产生异常时，才给进程分配页框。      物理内存的一个优势是作为磁盘和其他块设备的高速缓存。尽可能的推迟写磁盘的时间，因此，从磁盘读入内存的数据即使任何进程不再使用它们，它们也继续呆在RAM中。这一策略的前提：新进程请求从磁盘读写的数据，就是被撤销进程所拥有的数据。      当一个进程请求访问磁盘时，内核首先检查进程请求的数据是否在缓存中，如果在（缓存命中），内核就可以为进程提供服务而不用访问磁盘。      sync（）系统调用来把所有“脏”的缓冲区（即缓冲区的内容与对应磁盘块的内容不一样）写入磁盘来强制磁盘同步。为了避免数据丢失，所有的OS都会注意周期的把脏缓冲区写回磁盘。