Linux内核内存管理深入解析

"这份资料详细介绍了Linux在ARM架构下的内存管理机制，包括MMU原理、内存布局、初始化过程以及内存分配接口。" 在Linux系统中，内存管理是操作系统核心的重要组成部分，尤其在嵌入式系统如ARM平台，理解内存管理对于优化系统性能和解决内存相关问题至关重要。 首先，ARMMMU（Memory Management Unit）负责将虚拟地址（VA）转换为物理地址（PA），分为Instruction MMU（IMMU）和Data MMU（DMMU），分别处理指令和数据的地址转换。它支持段（section）和页（Page）两种映射方式，并通过Translation Lookaside Buffers（TLB）来加速这个过程。MMU提供了标准的映射功能，包括大小、域和访问保护的设置。它支持1KB、4KB、64KB和1MB的映射大小，其中1MB的段可以设置访问权限，64KB和4KB的页可以进一步划分为4个子页以独立设置权限。此外，MMU有16个域，指令和数据各有64个TLB条目，支持指令和数据的单独锁定，采用循环替换算法，并支持软页表（soft page tables）。 内存布局方面，Linux在ARM上通常采用分页策略，一级页表有4096个项，每个项对应1MB的地址空间。二级页表分为粗页表和细页表，粗页表有256个项，细页表有1024个项。根据不同的页大小，如段大小为1MB，粗页大小可能是64KB或4KB，细页大小为4KB或1KB。 在地址转换过程中，系统使用结构体`struct section`和`struct page`来表示段和页的信息，包括地址和类型字段。全局变量`struct section l1_sect[4096]`作为一级页表。虚拟地址到物理地址的转换是一个多级查找的过程，首先通过一级页表找到对应的段或页，然后根据页表项的类型进行相应的页转换，如果转换失败则触发页错误（page fault）。 内存分配接口是系统中申请和释放内存的关键，这部分内容可能涉及malloc、calloc、realloc、free等函数的实现，以及如何利用 slab 分配器、伙伴系统等机制进行高效内存分配。 这份资料深入讲解了Linux在ARM平台上内存管理的各个方面，对理解Linux内核的内存操作、优化程序内存使用以及解决内存相关问题具有很大的帮助。