Linux系统下内存申请应用的方法原理总结

最新推荐文章于 2023-02-17 11:30:04 发布

wishfly

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分类专栏： linux 文章标签： linux struct

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本文总结了Linux系统下的内存管理，包括地址空间的管理，如物理地址、内核线性地址、内核虚拟地址和用户空间地址的层次结构；内存的申请和使用，如__alloc_pages()、kmalloc、get_free_pages、vmalloc及用户空间的malloc等方法；以及内存交换机制，如何通过标志控制页面是否可交换。同时，探讨了设备内存的映射方式，如ioremap和mmap。

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1. 地址空间的管理

　　物理地址都是有内核管理的， node-->zone-->mem_map-->page, 所有的物理页面都在mem_map数组中的页帧对应，然后不同的page有分为DMA，normal，highmem三个zone。

　　内核线性地址空间，实际上只是低端内存才有线性地址，0---896MB部分。

　　内核虚拟地址，低端内存的虚拟地址与线性地址是一样的。高端内存只有在映射了以后才有虚拟地址

　　用户空间地址， tast_struct ---> mmap --> mm_struct ---> vm_area_struct

　　2.内存的申请或使用

　　物理内存的分配，在内核中最终都要调用__alloc_pages().它是最核心的分配函数，申请大小最大不超过2的MAX_ORDER次幂，在现在好像最大定义为4MB。

　　线性地址， kmalloc和get_free_pages,线性地址，对应的物理内存就是低端内存，kmalloc是基于slab的分配技术，最大不能超过128KB。

　　虚拟地址， vmalloc申请，他只是在内核中建立类似与用户空间的vm_area的一个虚拟内存空间到vmlist中，最终的物理内存分配还是基于缺页的。

　　用户空间的虚拟内存， malloc之类的，最终在内核中都是do_map()和do_brk()。实际上也只是建立了一块虚拟空间，最终的物理内存还是在缺页异常时分配的。

　　3. 内存的交换问题

　　在page结构和用户层的vm_area_struct结构中，都包含locked和reserved标志。通过合适的途径设置这些标志，可以是页面锁存在物理内存中，不被交换出去。

　　4. 设备内存可以通过ioremap映射到内核虚拟地址空间，也可以通过mmap方法映射到用户空间。