Linux内核物理内存与Slab分配器管理

“Linux内存管理，包括物理内存管理、bootmem分配器、buddy分配器、slab分配器、非连续内存分配等。” 在Linux操作系统中，内存管理是至关重要的一个部分，它涉及到系统性能和稳定性。Linux内存管理的核心任务是对物理内存进行高效且灵活的分配与释放。本资料详细介绍了Linux内核版本2.4.18中的内存管理机制。 1. **物理页框管理** - **物理内存中的page（or page frame）**：在Linux中，物理内存被划分为固定大小的页框（Page Frame），每个页框代表一个物理地址空间。`flags`字段用于标记页框的状态，如是否空闲、是否已映射到虚拟内存等。 - **Zone**：内存被组织成不同的区（Zone），如DMA区、正常区和高内存区，每个区代表了不同类型的内存，便于管理和优化。 - **free_area**和**zone_pgdat**：`free_area`表示自由页的列表，`zone_pgdat`是与zone相关的数据结构，用于跟踪内存分配情况。 2. **bootmem分配器** - **初始化**：`init_bootmem`和`init_bootmem_core`负责在系统启动时初始化bootmem分配器，用于分配早期内核启动阶段所需的内存。 - **分配接口**：`__alloc_bootmem_core`是bootmem分配器的核心分配函数，用于在特定区域内分配内存。 - **释放接口**：`free_bootmem_core`和`free_all_bootmem_core`用于释放bootmem分配器分配的内存。 3. **buddy分配器** - **初始化**：`free_area_init`、`free_area_init_core`以及`build_zonelists`共同完成buddy分配器的初始化，将空闲页组织成双链表。 - **分配接口**：`__alloc_pages`是buddy分配器的主要分配函数，通过`rmqueue`和`expand`等算法实现页框的合并与分裂。 - **释放接口**：`__free_pages_ok`函数确保释放页框的合法性，避免错误释放导致的问题。 4. **Slab分配器** - **Slab**：Slab是一种优化的小对象内存分配机制，它预先分配并缓存了相同类型对象的内存块。 - **Cache**：Cache是Slab的基础单元，每个Cache对应一类特定的对象。 - **初始化**：`kmem_cache_init`初始化Slab分配器，准备创建新的Cache。 - **接口**：包括创建Cache、分配和释放接口，如`kmem_cache_create`、`kmem_cache_alloc`、`kmem_cache_free`等。 5. **非连续内存分配** - **初始化**：`vmalloc`系列函数用于分配非连续内存，其初始化涉及`__vmalloc`等函数。 - **分配接口**：`vmalloc`、`vmalloc_dma`、`vmalloc_32`等分配接口用于不同需求的内存分配。 - **释放接口**：`vfree`用于释放非连续内存区域，如`vmfree_area_pages`等。 - **读写接口**：`vread`和`vwrite`提供了对非连续内存的读写操作。 Linux内存管理机制复杂而精细，通过上述各种分配器和管理策略，能够有效地利用内存资源，提高系统的整体性能。在实际的系统优化和开发中，理解这些机制对于解决问题和提高效率至关重要。