linux 内存管理

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这篇文章主要是参考《独辟蹊径品内核》一书，说是参考，实际上几乎是按照作者的思路去学习和理解，唯一不同的是这里会结合kernel3.19.2去学习。大神路过，不足之处还请多多指教！

一、内存的地址空间

1.物理内存地址

系统启动之后，detect_memory函数通过BIOS系统调用获取内存信息，而这些信息存放在boot_params。该结构体在3.19.2内核中位于bootparam.h文件中，这里我们只关注其主要俩个成员变量：

内存被分成了很多块儿，而e820_entries保存了内存块的数量，e820_map数组保存了每一个内存块描述信息的数据结构。E820MAX为128，也就是内存最多可以被分割为128块。描述每个内存块的详细信息在e820_entry数据结构中，该数据结构定义如下：

其中结构成员addr为该内存块的起始地址；size为该内存块的大小；type为该内存块的类型。

type有如下的类型：

宏E820_RAM表示内存，而E820_RESERVED表示只读存储空间。

详细内容可阅读该数的p99-100

 

 2.虚拟地址空间

　　我们知道32位系统的虚拟地址空间是4GB。linux把4GB中最高的1GB划分给内核空间使用，0~3GB划分给用户空间使用。也就是说每一个用户态程序可以共享0~3GB的用户空间，共享1GB的内核空间。内核空间0~896MB的这一部分内存被映射到3GB~3GB+896MB的虚拟地址上。这个区域被称作固定映射区，因此物理地址和虚拟地址在数值上相差3GB。具体的映射关系如图所示：

 

新版内核的虚拟地址和物理地址的转换方式与作者所述不同，应该内存的映射也应该发生了变化，毕竟经过多次的迭代，架构应该跟作者当时的系统有所变化，这里主要是学习了解，不必过分深究。可以发现，这里只映射896MB的空间，那剩下的128MB去哪儿了呢。这128MB实际上时留给vmalloc的。vmalloc是啥，vmalloc主要用于设备程序和内核模块开辟连续的内存空间，这种连续是虚拟地址上的，物理上可能并不连续。

那么，1GB的内核空间又是怎么组织起来的，看下图：

high_memory指向3GB+896MB的位置。当内核所需空间大于896MB时，我们将大的那部分空间称为high memory,而小于896MB,则称为low memory。

 

二、内存管理的数据结构

 1.物理内存页描述符

 　　系统启动之后，根据e820entry数组建立基本的内存管理结构。内存的基本管理单位是页，从物理地址0开始，依次给每一个页面从0开始的一个编号，这个编号被称为PFN，可以看出PFN左移12位就可以得到页面的起始物理地址，同样可以根据一个物理地址计算出对应的PFN。有了PFN后，系统还要为每一个物理页面建议一个page的数据结构，它记录这一个物理页面的基本信息，该结构定义于mm_types.h文件中。该数据结构定义比较复杂，这里不复制粘贴了，建议大家自行打开源码查看。