Linux3.10内存管理教程:节点与域初始化
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更新于2024-08-09
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本文将深入探讨Linux内核的内存管理机制,特别是针对Linux 3.10版本,介绍内存初始化过程,包括节点(node)、区域(zone)和页(page)的关系,以及伙伴系统(buddy system)和slab分配器的工作原理。在Linux启动时,内存管理是至关重要的一个环节,它确保了系统有效地利用内存资源,同时为进程虚拟地址管理打下基础。
1. 物理内存的布局与获取
在Linux系统启动早期,尤其是在x86架构下,系统在实模式下通过调用BIOS中断0x15,即e820功能,来获取物理内存的布局。这个过程发生在arch/x86/boot/main.c中的detect_memory()函数。e820entry结构体用于存储BIOS报告的内存区域信息。
2. 物理内存管理模型
- Node: 在多处理器系统中,节点(node)代表内存的物理位置,对应于物理CPU。每个节点可能包含一个或多个内存区域。
- Zone: 区域(zone)是内存的逻辑划分,如DMA、Normal和HighMem等,它们根据内存的特性进行分类,如是否支持直接内存访问(DMA)。
- Page: 页(page)是最小的内存分配单位,通常为4KB。页表结构用于跟踪内存的使用情况,映射物理页到虚拟地址。
3. 内存初始化
- Linux分页:Linux使用分页机制将物理地址映射到虚拟地址,实现地址翻译。
- Setup_arch: 这个函数在初始化过程中负责设置体系结构相关的参数,包括内存管理的初始配置。
- per-CPU area初始化:为每个CPU维护一个特定的数据区域,存放CPU特定的状态信息。
- 节点和域初始化:zone_sizes_init函数初始化zone的大小信息,定义了不同类型的内存区域。
- 启用内核内存分配器:如伙伴系统和slab分配器被激活,以提供内存分配服务。
4. 伙伴系统和slab分配器
- 伙伴系统:适用于大块内存的分配,通过分裂和合并页来管理空闲内存,保证快速分配和回收。
- Slab分配器:针对小块内存,它预先分配并缓存对象,提高小内存分配的效率,slab、slub和slob是不同版本的实现。
5. 进程虚拟内存
- 进程准备知识:了解进程的生命周期和上下文切换。
- 文件和虚拟内存:虚拟内存系统允许进程使用文件作为内存的一部分,实现内存映射文件。
- 虚拟内存区操作:如mmap和munmap用于创建和删除地址区间,实现动态加载和卸载内存映射。
内存管理是Linux内核的核心组成部分,它涉及到物理内存的布局、分配策略、地址映射等多个方面。理解这些概念对于优化系统性能、调试和开发内核模块至关重要。
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龚伟(William)
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