Linux内核分析（三）----初识linux内存管理子系统

Linux内核分析（三）

昨天我们对内核模块进行了简单的分析，今天为了让我们今后的分析没有太多障碍，我们今天先简单的分析一下linux的内存管理子系统，linux的内存管理子系统相当的庞大，所以我们今天只是初识，只要对其进行简单的了解就好了，不会去追究代码，但是在后面我们还会对内存管理子系统进行一次深度的分析。

在分析今天的内容之前，我们先来看出自http://bbs.chinaunix.net/thread-2018659-2-1.html的一位大神做的内存管理图，真心佩服大神。其实这张图可以分为两个部分，一部分是地址映射，另一部分就是内存分配。

所以今天我们会分析到以下内容：

1.      Linux地址映射

2.      Linux内存分配

 

l  Linux地址映射

下面的分析我们依据上图进行分析，首先我们来看其最右边的地址分布图（当然这是虚拟空间）。其地址分布总的可以分为两个部分我们下面慢慢分析（基于32位处理器）。

1.       用户空间（0~3G）

a)      空间简介

其从0x00000000到0xBFFFFFFF共3GB的线性地址空间，每个进程都有一个独立的3GB用户空间，当然这是虚拟的空间。

b)      如何转换为物理空间

这一部分虚拟空间到物理空间的转换方法是我们以前在http://www.cnblogs.com/wrjvszq/p/4246634.html一文中分析过的MMU地址转换。

2.       内核空间（3~4G）

其从0xC0000000到0xFFFFFFFF共1GB大小，内核空间又可以根据映射方式的不同分为下面四块，我们一一分析

a)        内核逻辑地址空间

l  空间简介

其从0xC0000000到high_memory(图中896MB的地方)最大为896MB（也就是说这块空间有可能不满，但最大为896MB），当然是虚拟空间。

注：在此注意一下896MB我们一会在分析。

l  如何转换为物理空间

这一部分虚拟地址与物理内存中对应的地址只差一个固定偏移量（3G），如果内存物理地址空间从0x00000000地址编址，那么这个固定偏移量就是PAGE_OFFSET（如上图）。

b)        Vmalloc空间

l  空间简介

其地址没有严格的界限，这段空间既可以访问到我们的高端内存，也可以访问到低端内存。（高端和低端一会解释）

l  如何转换为物理空间

不是通过简单的线性关系映射，在此不研究。

c)        永久内核映射

l  空间简介

其固定用来访问高端内存。

l  如何转换为物理空间

不是通过简单的线性关系映射，在此不研究。

d)        固定映射

l  空间简介

其在系统初始化期间永久映射I/O地址空间，或者特殊的寄存器。

3.       遗留知识

在刚才我们前面的分析中我们留下了一些问题下面进行解释。

a)        低端内存

内核逻辑地址空间所映射的物理内存就是低端内存(实际物理内存的大小，但是小于896MB)

b)        高端内存

低端内存地址之上的物理内存是高端内存（物理内存896MB之上）。

c)        896MB来由

Linux将内存分为内核空间和用户空间，其中内核空间中的0xC0000000~high_memory部分用来映射物理内存，但是我们还需要映射I/O空间和固定的寄存器，所以留出了high_memory~0xFFFFFFFF之间的地址来映射I/O空间和固定的寄存器，而在X86平台根据经验设定了这个high_memory为896MB。

l  Linux内存分配

通过上面的介绍我们对linux对内存的管理，以及地址的映射有了一个了解，下面我们来分析linux是如何进行内存分配的。

通过上图我们可以分析出内存的分配过程

1.        由malloc、fork等系统调用和kmalloc、vmalloc申请得到虚拟内存。

2.        在我们使用该内存的时候，产生请页异常（kmalloc除外）

3.        从空闲的页框分配物理内存，和虚拟地址建立映射。

注：kmalloc申请空间是不用经过请页异常的，返回的虚拟地址已经对应了物理内存。Kmalloc可以分配到连续的物理内存，vmalloc分配的是非连续的物理内存。