33、Linux内核内存分配器详解

Linux内核内存分配器详解

1. 内核内存管理概述

内核内存管理是操作系统中的重要组成部分，对于内核模块和设备驱动开发者来说，深入了解内核内存管理的原理和机制至关重要。内核内存管理主要涉及两个方面：虚拟内存拆分和物理内存分配。虚拟内存拆分将内存空间分为用户空间和内核空间，而物理内存分配则负责为内核和用户程序分配实际的物理内存。

1.1 虚拟内存拆分

在不同架构的Linux操作系统中，虚拟内存被拆分为用户空间和内核空间。用户空间是用户程序运行的区域，而内核空间则是操作系统内核运行的区域。这种拆分有助于提高系统的安全性和稳定性。

1.2 物理内存分配

Linux内核使用两种主要的内存分配器：页分配器（Page Allocator，PA）和 slab 分配器。页分配器是内核的主要内存分配引擎，它使用伙伴系统算法（Buddy System Algorithm）来管理物理内存。slab 分配器则是在页分配器之上构建的，用于分配小块内存。

2. 内核内存分配器介绍

2.1 页分配器（Page Allocator）

页分配器是Linux内核的主要内存分配引擎，它使用伙伴系统算法来管理物理内存。伙伴系统算法将物理内存划分为大小为 2 的幂次方的内存块，并将这些内存块组织成一个双向循环链表。每个链表的索引称为 order，它表示内存块的大小是 2 的 order 次方。

2.1.1 伙伴系统 freelist 组织

伙伴系统 freelist 是页分配器的核心数据结构，它由一个指针数组组成，每个指针指向一个双向循环链表。链表中的每个节点表