linux预留内存是干嘛的

时间: 2024-07-02 10:00:51 浏览: 250

个人整理的Linux内存管理的思维导图

### Linux内存管理核心知识点 #### 一、内存与硬件接口 **ECC / EDAC (Error Detection And Correction)** - **定义**: ECC内存能够自动检测并修正单比特错误，而EDAC则是一种更为广泛的概念，它不仅包含了ECC的功能，还能够记录错误信息。 - **作用**: 在服务器和高性能计算系统中，ECC和EDAC对于数据的完整性和系统的稳定性至关重要。 - **分类**: - **单比特错误(Single Bit Error, SBE)**: 一个字节中只有一个比特发生错误。 - **多比特错误(Multiple Bit Error, MBE)**: 一个字节中有两个或更多比特发生错误。 - **可纠正(Correctable Error, CE)**: 单比特错误可以被检测并纠正。 - **不可纠正(Uncorrectable Error, UE)**: 多比特错误无法被纠正。 **DIMM (Dual In-line Memory Module) / SO-DIMM / SIMM** - **DIMM**: 双列直插式内存模块，常用于台式机和服务器。 - **SO-DIMM**: 专为笔记本电脑设计的小型化DIMM。 - **SIMM**: 单列直插式内存模块，早期计算机中使用的内存类型。 **DDR (Double Data Rate)** - **定义**: DDR技术能够在时钟信号的上升沿和下降沿同时传输数据，从而提高数据传输率。 - **示例**: DDR4具有较高的带宽，适合高性能应用。 #### 二、内存硬件信息管理 **memblock** - **定义**: `memblock` 是Linux内核中用于管理早期引导阶段内存的一种机制，它在启动过程中负责处理内存的初始化和管理。 - **作用**: 确保内核能够正确地识别和管理所有可用的物理内存。 - **初始化**: - 读取设备树中的 `/memory` 节点来获取所有物理内存范围。 - 添加内核镜像占用的物理内存范围至 `memblock.reserved`。 - 从设备树的 `/memreserve` 字段和 `/reserved-memory` 节点中读取保留的物理内存范围，并将其添加到 `memblock.reserved` 中。 - **数据结构**: - `struct memblock`: 包含了 `memory`, `reserved`, `physmem` 等成员变量。 - `phys_addr_t current_limit`: 表示可分配内存的最大物理地址。 - **全局变量**: `struct memblock memblock;` - `memory`: 已分配和未分配的内存类型。 - `reserved`: 已分配的内存类型。 - `physmem`: 物理内存类型。 - **配置项**: `CONFIG_ARCH_KEEP_MEMBLOCK` **内存布局与调试** - **内存布局**: 涉及物理内存的划分，例如内核空间与用户空间之间的分割等。 - **调试工具**: - 使用 `debugfs` 文件系统进行扩展调试用途。 - 通过 `mem=nn[KMG]`, `memblock=debug`, `memmap=` 等启动参数进行调试。 #### 三、内存分配与管理 **物理内存的组织** - **页文件缓存**: 用来缓存文件系统数据，减少磁盘I/O操作。 - **物理内存预留**: 用于保留部分物理内存供特定目的使用。 - **内存分配**: 采用多种算法（如伙伴系统）来高效分配和回收内存。 - **内存映射**: 通过虚拟地址空间映射物理地址，实现进程间共享内存等功能。 - **虚拟地址与物理地址**: - **虚拟地址**: 操作系统为进程提供的逻辑地址。 - **物理地址**: 内存条上实际的物理位置。 - **过量提交**: 允许内核分配比物理内存更多的虚拟内存，利用交换分区等手段实现。 #### 四、内存管理高级特性 **虚拟内存** - **定义**: 虚拟内存允许操作系统为进程提供比物理内存更大的地址空间。 - **作用**: 提高内存利用率，支持大容量程序运行。 **内存耗尽杀手** - **定义**: 当系统内存耗尽时，内核会启动内存耗尽杀手来终止某些进程以释放内存。 - **作用**: 防止系统因内存不足而崩溃。 **DMA (Direct Memory Access)** - **定义**: 直接内存访问允许硬件设备直接读写内存，无需CPU干预。 - **示例**: `/dev/mem` 提供了对物理内存的直接访问接口。 #### 五、内存管理配置与优化 **内核配置与调试** - **配置宏**: 如 `CONFIG_NO_BOOTMEM`，启用后将使用 `memblock` 替换旧的 `bootmem` 内存管理器。 - **调试选项**: 使用 `debugfs` 文件系统中的工具进行内存管理调试。 **设备树内存信息** - **设备树**: 是一种用于描述硬件配置的文件格式，Linux内核通过设备树来获取系统硬件信息。 - **内存信息**: 设备树中的 `/memory` 和 `/reserved-memory` 节点提供了物理内存的详细配置信息。 - **`/memory`**: 描述了所有可用物理内存范围。 - **`/reserved-memory`**: 用于标记系统中需要保留的物理内存区域。 - **子节点**: - `Device node references`: 指向保留内存的设备节点引用。 - `memory-region`: 可选字段，用于指定 `/reserved-memory` 下子节点的物理地址范围。 #### 六、内存管理实践案例 **内核符号与 PAGE_SIZE** - **内核符号**: 内核代码中定义的各种符号，包括函数、变量等。 - **PAGE_SIZE**: 定义了系统默认的页面大小，通常为4KB。 #### 七、参考文献与资料 - **书籍**: - 《Systems Performance: Enterprise and the Cloud (2020, Pearson)》P313 - 《精通Linux设备驱动程序开发》P403 - 《奔跑吧Linux内核》卷1：基础架构；P140 - 《Linux内核深度解析》P148, P146, P145 - **文档**: - 《ACPI_Spec_6_4_Jan22》P192 - `Documentation/devicetree/bindings/reserved-memory/reserved-memory.txt` 以上内容综合展示了Linux内存管理的关键知识点，从硬件接口到软件层面的管理机制，再到高级特性和优化实践，旨在为读者提供全面深入的理解。

在Linux内核中，预留内存（High Memory Areas, HMA）是为特定类型的硬件和应用程序保留的一部分物理内存空间，主要用于那些需要直接访问物理地址的特性[^1]。比如，对于某些高性能设备如GPU，它们可能需要直接映射到内存以实现高速数据交换。此外，预留内存还有助于优化内存分配，避免低端内存（如普通用户空间程序使用的内存）频繁地被交换到磁盘，从而提升系统的性能和响应速度。

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