linux内存管理

1. 内存使用，
   分为两部分，一部分是永久归内核使用的部分，另一部分是用户使用的动态内存.
   页面管理与内存区管理/不连续内存区管理

2. 页面管理
   linux使用4KB的页面大小，

3.内存的初始化：
   页面的初始化由free_area_init()函数进行，并计算页面的数量及大小，并给mem_map分配足够的空间，给内核用于记录页面的指针.
   此时，这些页面就可以给其它的进程使用，

4. 请求与释放页面
   __get_free_pages()获取连续的页面
   __get_dma_pages(),获取适合DMA的页面
   __get_free_page().获取一个页面

   __free_page(); 释放页面
   
5. Buddy系统算法：
   原因：外碎片问题，频繁的请求与释放不同大小的一组连续页面，会导致碎片的问题，避免的方式有两种：
   1. 利用分页单元，把一组非连续的空闲页面框架映射到连续的线性地址上.
   2. 开发一种适当的技术，来记录现存的空闲页面，以尽量避免分隔
   linux使用的是第二种方法：
   概念： 把所有的页面分组为10块链表，每个链表使用包含大小为1/2/4/8/16/32/64/128/256/512连续大小的页面.

6. slab算法：
   原因：内碎片问题.分配的页大小过于大，造成浪费

7. 非连续内存区管理：
   把一块存放slab结构的内存区映射到一组连续的物理页是最好的选择，这样子会充分利用高速缓存并获得较低的平均访问时间。但是，这主要是使用非常频繁的内核数据结构，如task_struct,inode.
   若对内存区的请求不是很频繁，那么通过连续的线性地址，而不是物理地址来访问非连续的物理页框架就会有意义的多。
   这种模式主要是避免了外碎片，不足是会打乱内核页表，此外，非连续的内存区的大小必须是4K的倍数，
   linux使用该方法的地方有：为活动的交换分区分配数据结构，为模块分配空间，或者为某IO驱动分配缓冲区。此外，非连续内存区还提供另一种高端的内存页面框架，


   vmalloc()给函数分配一个非连续内存区：过程概述：
   1. 将参数设为4096的整数倍，然后，vmalloc()调用get_vm_area()创建一个新的描述符，并返回分配给这个内存的线性地址，描述符的flag字段为VM_ALLOC,然后，非连续页框被映射到一个线性地址区间
   然后，会调用kmalloc()请求一组连续的页框，然后，调用memset()将所有的指针设为NULL，接着重复调用alloc_page()函数.至到完成.

   释放非连续内存：
   vfree().
   
8. 内核与进程的内存分配方式：
   内核函数，可以直接获得动态内存.只是通过几个函数调用，get_free_page(),获得页框，kmem_cache_alloc()或kmalloc()为slab分配对象，使用vmalloc()获取非连续的内存区.
   若这些函数可以满足，则返回的是线性地址，这个线性地址就是内存动态分配的起始地址.

   当用户态的进程分配内存时，完全不一样了.
   1.不会很紧迫的分配内存，内核会尽量迟的给用户态进程分配内存.
   2.内核会随时捕获用户态进程的所有寻址错误.

   进程的地址空间是由允许的全部线性地址组成，每个进程看到的线性地址是不同的.一个进程看到的地址与另一个无任何关系.
   与创建/删除线性区相关的系统调用.

   brk()        改变进程堆的大小
   execve()        装入一个新的可执行文件，从而改变进程的地址空间
   exit()        结束当前进程并撤销它的地址空间
   fork()        创建一个新的进程，并为它创建新的地址空间
   mmap()        为一个文件创建一个内存映射，从而扩大进程的地址空间
   munmap()        撤消对文件的内存映射，从而缩小进程的地址空间
   shmat()        创建一个共享地址空间
   shmdt()        撤消一个共享地址空间

   进程拥有的所有线性区是通过一个链表连接在一起的.而每两个出现在链表中的线性区，可能是分开的.内核频繁执行的一个操作就是查找线性地址所在的线性区.
   因为，线性区使用的链表很少，所以，一般这些操作所花费的时间与线性区个数成比例.
   不过，当一些大的应用程序，可能会有成百上千的线性区，此时，使用的链表管理算法是：AVL树.
   AVL树： 优点：可以大量的增加访问速度，不足：它的处理函数复杂.在元素数目小时，效率很低.所以，linux会在32的线性区时，使用AVL算法

   堆的管理：
   每个linux都有一个特殊的线性区，叫堆（heap)，用于进程的动态内存的请求，内存描述符的start_brk()与brk()域分别限定了这个区的开始地址和结束地址.
   malloc(),  calloc(),  free(),  brk()
   其中，brk()是系统函数，其它的都是使用它的.