Linux內核分析（三）----初識linux內存管理子系統

Linux內核分析（三）

昨天咱們對內核模塊進行了簡單的分析，今天爲了讓咱們從此的分析沒有太多障礙，咱們今天先簡單的分析一下linux的內存管理子系統，linux的內存管理子系統至關的龐大，因此咱們今天只是初識，只要對其進行簡單的瞭解就行了，不會去追究代碼，可是在後面咱們還會對內存管理子系統進行一次深度的分析。

在分析今天的內容以前，咱們先來看出自http://bbs.chinaunix.net/thread-2018659-2-1.html的一位大神作的內存管理圖，真心佩服大神。其實這張圖能夠分爲兩個部分，一部分是地址映射，另外一部分就是內存分配。

因此今天咱們會分析到如下內容：

1.      Linux地址映射

2.      Linux內存分配

 

l  Linux地址映射

下面的分析咱們依據上圖進行分析，首先咱們來看其最右邊的地址分佈圖（固然這是虛擬空間）。其地址分佈總的能夠分爲兩個部分咱們下面慢慢分析（基於32位處理器）。

1.       用戶空間（0~3G）

a)      空間簡介

其從0x00000000到0xBFFFFFFF共3GB的線性地址空間，每一個進程都有一個獨立的3GB用戶空間，固然這是虛擬的空間。

b)      如何轉換爲物理空間

這一部分虛擬空間到物理空間的轉換方法是咱們之前在http://www.cnblogs.com/wrjvszq/p/4246634.html一文中分析過的MMU地址轉換。

2.       內核空間（3~4G）

其從0xC0000000到0xFFFFFFFF共1GB大小，內核空間又能夠根據映射方式的不一樣分爲下面四塊，咱們一一分析

a)        內核邏輯地址空間

l  空間簡介

其從0xC0000000到high_memory(圖中896MB的地方)最大爲896MB（也就是說這塊空間有可能不滿，但最大爲896MB），固然是虛擬空間。

注：在此注意一下896MB咱們一會在分析。

l  如何轉換爲物理空間

這一部分虛擬地址與物理內存中對應的地址只差一個固定偏移量（3G），若是內存物理地址空間從0x00000000地址編址，那麼這個固定偏移量就是PAGE_OFFSET（如上圖）。

b)        Vmalloc空間

l  空間簡介

其地址沒有嚴格的界限，這段空間既能夠訪問到咱們的高端內存，也能夠訪問到低端內存。（高端和低端一會解釋）

l  如何轉換爲物理空間

不是經過簡單的線性關係映射，在此不研究。

c)        永久內核映射

l  空間簡介

其固定用來訪問高端內存。

l  如何轉換爲物理空間

不是經過簡單的線性關係映射，在此不研究。

d)        固定映射

l  空間簡介

其在系統初始化期間永久映射I/O地址空間，或者特殊的寄存器。

3.       遺留知識

在剛纔咱們前面的分析中咱們留下了一些問題下面進行解釋。

a)        低端內存

內核邏輯地址空間所映射的物理內存就是低端內存(實際物理內存的大小，可是小於896MB)

b)        高端內存

低端內存地址之上的物理內存是高端內存（物理內存896MB之上）。

c)        896MB來由

Linux將內存分爲內核空間和用戶空間，其中內核空間中的0xC0000000~high_memory部分用來映射物理內存，可是咱們還須要映射I/O空間和固定的寄存器，因此留出了high_memory~0xFFFFFFFF之間的地址來映射I/O空間和固定的寄存器，而在X86平臺根據經驗設定了這個high_memory爲896MB。

l  Linux內存分配

經過上面的介紹咱們對linux對內存的管理，以及地址的映射有了一個瞭解，下面咱們來分析linux是如何進行內存分配的。

經過上圖咱們能夠分析出內存的分配過程

1.        由malloc、fork等系統調用和kmalloc、vmalloc申請獲得虛擬內存。

2.        在咱們使用該內存的時候，產生請頁異常（kmalloc除外）

3.        從空閒的頁框分配物理內存，和虛擬地址創建映射。

注：kmalloc申請空間是不用通過請頁異常的，返回的虛擬地址已經對應了物理內存。Kmalloc能夠分配到連續的物理內存，vmalloc分配的是非連續的物理內存。