深入理解Linux内存管理:从bootmem到slab
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更新于2024-07-29
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"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。
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