Linux内存管理详解：从初始化到回收

"这篇文档是关于Linux内存管理的总结，主要涵盖了四个关键部分：初始化内存分配与伙伴系统、伙伴系统与slab分配器、进程地址空间管理以及内存回收。" 在Linux操作系统中，内存管理是一个至关重要的部分，它确保了系统资源的有效利用和高效运行。以下是对这四个部分的详细解释： 1. 初始化过程中内存的建立及到伙伴系统的转移： 在系统启动初期，Linux会将可用的SDRAM划分为页，并使用位图来跟踪这些页的状态（已分配或未分配）。初始化时，内核会映射一部分内存供早期使用，如页目录等。然后，通过调用平台特定的内存映射函数，将全部SDRAM映射到内核空间。内存结点被创建并初始化，用于管理不同区域的内存，剩余的页框会被交给页框分配器（Page Frame Allocator），即伙伴系统。伙伴系统是一个用于分配和释放连续内存块的算法，它能够处理不同大小的内存请求。 2. 伙伴系统、slab分配器、非连续内存的管理： 伙伴系统处理大块内存的分配和释放，但它不适合频繁的小内存请求。这时，slab分配器就发挥了作用。slab分配器是一种优化的内存分配机制，它预先分配并缓存了相同大小的对象，以减少内存碎片和提高效率。slab分为通用slab和特定于内核数据结构的slab，分别用于内核的通用需求和特定对象的快速分配。 3. 进程地址空间的内存管理： 进程的地址空间分为多个段，如代码段、数据段、堆和栈。Linux使用虚拟内存系统，使得每个进程都有自己独立的地址空间，通过页表映射到物理内存。动态内存分配（如malloc和free）实际上是通过虚拟内存机制实现的，如brk和mmap系统调用来调整堆的边界，或者直接映射文件到内存中。 4. 内存回收： 当内存不再被使用时，系统需要进行回收以避免内存泄漏。Linux使用多种策略来回收内存，包括页面的回收、slab缓存的清理、交换到磁盘等。当物理内存紧张时，可能会触发OOM（Out Of Memory）杀手，选择终止某些进程以释放内存。 在整个内存管理过程中，Linux使用了一系列的数据结构，如页表、页框描述符、slab结构等，以及各种内核数据结构如`struct meminfo`和`struct machine_desc`，它们记录了内存的基本信息和平台特性。 这些内容构成了Linux内存管理的基础，对于理解系统如何高效地使用和管理内存，以及如何优化应用程序性能具有重要意义。