Linux内存管理——物理内存分配与回收

最新推荐文章于 2025-05-14 14:26:59 发布

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本文详细介绍了Linux内存管理中物理内存的分配与回收机制。首先，讨论了页描述符struct page，它是内核用来表示和管理物理页的关键数据结构。接着，重点讲解了伙伴算法，它是Linux解决外碎片问题，高效分配和回收物理页面的基础。此外，还提到了Slab分配机制，用于处理小内存区的分配和碎片问题，以及内核空间非连续内存区的分配函数vmalloc和kmalloc的区别和应用场景。最后，通过代码示例展示了如何在内核中使用这些机制分配和释放物理内存。

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在Linux中，CPU访问的地址不是物理内存中的实地址，而是虚拟地址空间中的虚地址。因此，对于内存页面的管理，通常是先在虚存空间中分配一个虚存区间，然后才根据需要为此区间分配相应的物理页面并建立映射，先分配虚存区间，再分配物理页面。

1、页描述符

内核用struct page结构表示系统中的每个物理页，也叫页描述符，在linux/mm_types.h中。

struct page {
   unsigned long flags;       /* Atomic flags, some possibly
                   * updated asynchronously */
   /*
   * Five words (20/40 bytes) are available in this union.
   * WARNING: bit 0 of the first word is used for PageTail(). That
   * means the other users of this union MUST NOT use the bit to
   * avoid collision and false-positive PageTail().
   */
   union {
       struct {   /* Page cache and anonymous pages */
           /**
           * @lru: Pageout list, eg. active_list protected by
           * pgdat->lru_lock. Sometimes used as a generic list
           * by the page owner.
           */
           struct list_head lru;
           /* See page-flags.h for PAGE_MAPPING_FLAGS */
           struct address_space *mapping;
           pgoff_t index;       /* Our offset within mapping. */
           /**
           * @private: Mapping-private opaque data.
           * Usually used for buffer_heads if PagePrivate.
           * Used for swp_entry_t if PageSwapCache.
           * Indicates order in the buddy system if PageBuddy.
           */
           unsigned long private;
       };
       struct {   /* page_pool used by netstack */
           /**
           * @dma_addr: might require a 64-bit value even on
           * 32-bit architectures.
           */
           dma_addr_t dma_addr;
       };
       struct {   /* slab, slob and slub */
           union {
               struct list_head slab_list;
               struct {   /* Partial pages */
                   struct page *next;
#ifdef CONFIG_64BIT