深入理解Linux内存管理：从bootmem到slab

"这篇文档是关于Linux内存管理的笔记，主要涵盖了Linux 2.4.18版本的内存管理系统，包括物理页框管理、Zone、Node、bootmem分配器、buddy分配器、Slab分配器以及非连续内存分配等方面的知识。这份资料对于深入理解Linux内核的工作原理尤其有帮助。" 在Linux操作系统中，内存管理是内核核心功能之一，它负责高效地分配和回收内存资源。以下是对文档中提及的主要知识点的详细说明： 1. **物理页框管理**： - **Page (或Page Frame)**：Linux内核将物理内存划分为固定大小的页，每个页代表一个物理内存块。 - **Flags**：每个Page都有一个标志位集，用于标记页的状态，如是否被使用、是否可写等。 - **Zone**：内存被分为了多个Zone，每个Zone代表内存的不同区域，如DMA区、正常区等，根据硬件限制和性能需求进行划分。 - **free_area**：记录了Zone中空闲页的信息。 - **zone_pgdat**：包含了Zone的数据结构，用于管理Zone的内存。 2. **Node**： - **Node**表示物理内存的节点，对应于系统中的物理CPU，它们包含了Zone信息，描述了物理内存的布局。 3. **bootmem分配器**： - **初始化**：通过`init_bootmem`和`init_bootmem_core`函数进行初始化，为内核早期阶段的内存分配做准备。 - **分配接口**：如`__alloc_bootmem_core`用于分配内存，这些接口在系统启动初期非常重要。 - **释放接口**：包括`free_bootmem_core`和`free_all_bootmem_core`，用于释放bootmem分配的内存。 4. **buddy分配器**： - **初始化**：通过`free_area_init`、`free_area_init_core`和`build_zonelists`等函数完成，用于构建空闲页链表。 - **分配接口**：`__alloc_pages`函数是分配内存的核心，它会调用`rmqueue`和`expand`等辅助函数。 - **释放接口**：`__free_pages_ok`函数检查并释放页框。 5. **Slab分配器**： - **Slab**：是一种优化的对象缓存机制，它减少了动态内存分配的开销。 - **Cache**：是Slab分配器的基础，每个Cache对应一种特定的对象类型。 - **初始化**：通过`kmem_cache_init`初始化Cache。 - **接口**：包括创建Cache、分配接口（如`kmem_cache_alloc_one_tail`、`kmem_cache_grow`）和释放接口。 6. **非连续内存分配**： - **vmalloc**系列接口用于分配不连续的内存区域，如`vmalloc`、`vmalloc_dma`、`vmalloc_32`等。 - **分配与释放**：`__vmalloc`分配内存，`vfree`释放内存，还包括`vmalloc_area_pages`、`alloc_area_pmd`和`alloc_area_pte`等辅助函数。 - **读写接口**：`vread`和`vwrite`提供对非连续内存区域的读写操作。 这份笔记详细介绍了Linux内核内存管理的多个层面，对于理解Linux如何高效利用内存、优化内存分配以及解决内存泄漏等问题具有极大的价值。通过深入学习这些内容，开发者可以更好地调试和优化Linux系统的内存使用，提升系统性能。