Linux-内存管理

1.地址类型

物理地址---CPU地址总线的寻址物理内存的地址信号，地址变换的最终结果

线性地址（虚拟地址）

逻辑地址---汇编程序中的地址

逻辑地址—段式管理单元—虚拟地址—页式管理—物理地址

2.段式管理：

16位的CPU拥有20位地址线（8086），它的寻址范围是2的20次方，即1M内存空间.但16位CPU寄存器只有16位置能访问64K。因此CPU加入段寄存器，采用内存分段管理模式。16位吧1M内存分为若干个逻辑段.

逻辑段的起始地址必须是16的倍数，即低4位全零。

逻辑段最大容量位64K.

逻辑地址=段基地址+段内偏移量

物理地址得到方法：

PA=段寄存器值×16+逻辑地址

eg:

访问代码段CS+IP

访问堆栈：SS+SP

3.分页管理

分页单元吧所有的内存划分位固定长度的页，长度一般与线性地址页相同。两者一一映射关系

分页管理中，每一个32位的线性地址被划分位三部分，页目录索引（12位），页表索引（10位），偏移（12位）

Linux内核的设计并没有全部采用Intel提供的段机制，仅采用分页机制（很多RISC不支持段机制），每个段的逻辑地址空间范围0-4GB，所有段的基地址均为0，逻辑地址与现行地址保持一致，Linux完全的利用了分页机制。2.6.10版本Linux采用三级分页模型，但从2.6.11版本开始，采用四级分页模型，如下图

四级分页模型向前兼容，比如64位CPU可能采用多级分页模型，低32位与现32位CPU保持一致，高位为0.

4.虚拟内存

（1）Linux采用虚拟内存管理技术，使得每个进程都有独立的进程地址空间，大小0-3G，利用虚拟地址，不但可以保护操作系统，更重要的是用户程序可以使用比实际内存更大的地址空间。内核空间从3G-4G。

（2）每个进程用户空间是完全独立的.

（3）实际的物理内存只有当进程真的去访问新获取的虚拟内存地址时，才会有“请页机制”产生“缺页异常”，从而进入分配实际页框的程序，该异常会分配物理页，建立对应页表，这之后，虚拟地址才实实在在映射到物理地址上。

5.内存分配函数

#include <linux/slab.h>
void *kmalloc(size_t size,int flags)
get_zeroed_page(unsigned int flags)
__get_free_page(unsigned int flags)
__get_free_pages(unsigned int flags,unsigned int order)
void free_page(unsigned long addr)
void free_pages(unsigned long addr,unsigned long order)

详细用法，参考LDD3的学习笔记

6.内核空间

内核空间完全是由内核负责映射的，不会跟着进程改变，是固定的。

（1）物理内存896MB以上的部分称为高端内存.

从3G开始，最大869MB的线性地址成为直接内存映射区，该区域的线性地址和物理地址存在线性转换关系

线性地址=3G+物理地址

（2）动态内存映射区，该区有内核函数vmalloc来分配的，特点是线性空间连续，物理地址空间不一定连续，vmallc分配的线性地址对应的物理页可能处于低端内存，也可能出于高端内存。