内存管理

这几天随便研究了下memory manager.以及附带的一些机制，既然专家都称之为一个subsystem了，其重要性可见一斑，这里只是谈下我的感受。

 

首先要明白的是各种地址以及空间的概念，区别，联系。

1）线性地址空间：是指Linux系统中从0x00000000到0xFFFFFFFF整个4GB虚拟存储空间。

2）内核空间：内核空间表示运行在处理器最高级别的超级用户模式（supervisor mode）下的代码或数据，内核空间占用从0xC0000000到0xFFFFFFFF的1GB线性地址空间，内核线性地址空间由所有进程共享，但只有运行在内核态的进程才能访问，用户进程可以通过系统调用切换到内核态访问内核空间，进程运行在内核态时所产生的地址都属于内核空间。

3）用户空间：用户空间占用从0x00000000到0xBFFFFFFF共3GB的线性地址空间，每个进程都有一个独立的3GB用户空间，所以用户空间由每个进程独有，但是内核线程没有用户空间，因为它不产生用户空间地址。另外子进程共享（继承）父进程的用户空间只是使用与父进程相同的用户线性地址到物理内存地址的映射关系，而不是共享父进程用户空间。运行在用户态和内核态的进程都可以访问用户空间。

4）内核逻辑地址空间：是指从PAGE_OFFSET到high_memory之间的线性地址空间，是系统物理内存映射区，它映射了全部或部分（如果系统包含高端内存）物理内存。内核逻辑地址空间与图18-4中的系统RAM内存物理地址空间是一一对应的（包括内存孔洞也是一一对应的），内核逻辑地址空间中的地址与RAM内存物理地址空间中对应的地址只差一个固定偏移量，如果RAM内存物理地址空间从0x00000000地址编址，那么这个偏移量就是PAGE_OFFSET。

 

我觉得看下面这个图再作解释会起到事半功倍的效果，following:

 

 

 

 

 

 

 

简单解释下上面这个图，虽然不是我的原创，但借鉴一下嘛

 

有几个要点：

1,3G-3G+896M， 注意这个896是一个最大值，它未必就是这个值，取决于你的物理内存大小而定。

这个范围是线性映射，并且直接映射到物理内存，从0开始的地址空间。

 3G+896以后的内存范围就没有这样简单的关系了。

 

2，实际物理内存是很小的，特别是嵌入式设备，128M已经能让你笑了，不过虚拟内存映射的概念后，物理内存的局限就缩小的极致了。只有当程序真的要执行的时候，才会和物理内存相关联。

   具体的关联方式，有缺页异常。

 

3高端内存：低端内存地址之上的物理内存是高端内存，高端内存在Linux线性地址空间中没有没有固定的一一对应的内核逻辑地址，系统初始化过程中不会为这些内存建立映射页表将其固定映射到Linux线性地址空间，而是需要使用高端内存的时候才为分配的高端物理内存建立映射页表，使其能够被内核使用，否则不能被使用。高端内存的物理地址于现行地址之间的转换不能使用上面的__pa(x)和__va(x)宏。

   这样的话，就可以实现vmalloc这样的分配函数了，因为vmalloc可以分配非连续的物理内存页。

 

 

 

4 vmalloc分配的内核虚拟内存与kmalloc/get_free_page分配的内核虚拟内存位于不同的区间，不会重叠。因为内核虚拟空间被分区管理，各司其职。进程空间地址分布从０到３G(其实是到PAGE_OFFSET, 在0x86中它等于0xC0000000)，从3G到vmalloc_start这段地址是物理内存映射区域（该区域中包含了内核镜像、物理页面表mem_map等等）比如我使用的系统内存是64M(可以用free看到)，那么(3G――3G+64M)这片内存就应该映射到物理内存，而vmalloc_start位置应在3G+64M附近（说"附近"因为是在物理内存映射区与vmalloc_start期间还会存在一个8M大小的gap来防止跃界）,vmalloc_end的位置接近4G(说"接近"是因为最后位置系统会保留一片128k大小的区域用于专用页面映射，还有可能会有高端内存映射区，这些都是细节，这里我们不做纠缠)。