Linux内存管理
Linux内存管理
物理内存
三个级别
- Page 大小为4k，内存的基本单位
- Zone 管理Page的队列
- ZONE_DMA 内核专用，存放DMA（直接存储器访问）读取IO设备的数据
- ZONE_NORMAL 内核专用,存放内核的相关数据
- ZONE_HIGHMEM 高端内存 用户进程存放数据
- Node节点 一个CPU对应一个Node
内存分配
-
大内存 利用伙伴系统分配
将ZONE中的page分组，组装为链表，链表存放页块的集合
-
**小内存 **slub分配
将几个页单独拎出来作为缓存，里面维护了链表，每次在链表中获取对应的内存，用完后不清空
内存映射
内存映射：将虚拟内存地址映射到物理内存地址，为了完成内存映射，内核为每个进程维护了一张页表（存储在CPU的内存管理单元MMU中），记录虚拟地址与物理地址的映射关系。
linux给每个进程提供一个独立的虚拟地址空间，并且是连续的，进程就可以方便的访问内存（虚拟内存）
虚拟地址空间=[内核空间+用户空间]
32位系统：[用户空间3G(0x0-0xc0000000)+内核空间1G(0xfffffff-0xc0000000)]3：1
64位系统：[用户空间128T(0x0-0x00007FFFFFFFF000)+未定义空间+内核空间128T(0xFFFF900000000000-0xFFFFFFFFFFFFFFFF)]
用户态：Text(代码)+Data(数据)，BSS(全局变量)+堆+栈+mmap内存映射区的的内存虚拟地址范围
内核态：
-
直接映射区 逻辑地址-offset=物理地址，映射到ZONE_DMA和ZONE_NORMAL
-
动态映射区
所有的内存分配都由内核程序分配，用户无权限 ，所以内核空间需要映射到所有物理内存地址
采用直接映射，1G只能映射1G
动态映射：内核空间的逻辑值映射到物理内存中的ZONE_HIGHMEM的任何一个地址，使用完之后再映射其他物理内存
- 动态内存映射 使用完后映射其他物理内存
- 永久内存映射 一个地址只能只能映射一个物理地址
- 固定内存映射 被特定的函数调用引用地址
区别:
- 直接映射的规则是定义好的，一个逻辑读地址对应的物理地址是固定的
- 动态映射是动态绑定的，通过页表查询
只有实际使用的虚拟地址才会分配内存 128+128
内存调用，只有在首次访问才会分配，此时进程访问的虚拟地址在MMU存储的页表中查询不到，系统产生缺页异常，进入内核空间分配物理内存，更新进程页表，再返回用户空间，恢复进程的运行
页表
MMU规定的内存映射最小单位（4KB)
-
多级页表（64位）
内存分成区块管理，映射关系->区块索引和区块内的偏移
linux五级页表[全局页目录（PGD）+上层页目录(PUD)+中间页目录(PMD)+直接页表(PTE)+页(Offset)]
-
大页
比普通页更大的内存块，常用在大量内存的进程上
虚拟内存空间分布
[0x0-只读段+数据段+堆+文件映射+栈-0xC0000000]（用户态）+内核空间[0xc0000000-0xFFFFFFFF]（内核态）
堆和文件映射是动态分配的（malloc函数）
内存回收
-
回收缓存（LRU算法-回收最近最少使用的内存页面）
-
回收不常访问的内存，通过交换分区写到磁盘中
交换分区（swap分区，虚拟内存）：把一块磁盘分区当成内存，暂时不用的数据放到磁盘，使用时从磁盘取到内存中
-
杀死进程（OOM-out of memory)
监控内存使用情况，通过oom_score为每个进程内存使用情况打分，可以手动设置oom_adj,调整oom_score
内存工具
free 查看内存使用情况
top 查看进程内存使用情况（排序）
Buffer Cache
- buffers （对磁盘数据的缓存）对原始磁盘块的临时存储，缓存磁盘数据，把分散的写入集中起来，统一优化磁盘的写入，将多次小的写入合并为大的写入
- Cached （对磁盘文件的缓存）读文件的页缓存，缓存从文件读取的数据，下次访问直接从内存中返回
普通进程只能看到内存提供的虚拟内存
进程通过malloc申请内存后，不会立即分配，在首次访问时才通过缺页异常分配
TLB
缓存虚拟地址和物理地址的对应关系，查询物理地址的时候先查TLB，找不到再查页表
虚拟空间和物理内存都分为内核空间和用户空间
虚拟地址需要通过页表转为物理地址才能使用
用户虚拟空间只能映射物理内存中的用户内存，无法映射内核内存，用户进程只能操作用户内存
内核空间只能被内核使用
用户进程调用系统调用的时候，对应的代码和数据保存在内核空间中
调用内核空间读取文件的时候，首先会拷贝到内存空间，再将数据从内核空间拷贝到用户空间，用户进程不能访问内核空间。
