内存管理（基于Linux）总结

谈到内存管理，要理解以下基本概念：

实际上，用户程序一般只面对虚拟内存，知道执行的时候才通过MMU根据内核中的页表将page和page frame进行对应。

首先，所有操作系统都是基于虚拟地址来进行内存管理，虚拟地址的空间就是cpu寻址空间来限定。例如32bit的cpu，寻址空间就是2³²Gb。不管机器上安装了多少实际的内存条，所有在上面运行的程序（包括内核）都认为自己有4Gb的内存可以使用。 

内存布局就是如何安排这4Gb的内存。

内核空间、用户空间（堆、栈、代码域、静态数据域和mmap区）

内核空间和用户空间都需要对虚拟内存的分配进行管理，内核通过(kmalloc（小内存，但是物理和虚拟地址都连续）和vmalloc（大内存，但是不保证连续）)来使用内存，管理采用slab分配器和buddy机制。为什么需要管理机制，因为，无论虚拟内存还是物理内存，其最小分配单位是页（每页4k）。

用户空间通过（malloc(brk(堆上分配，小于128k),mmap（映射区分配，大于128k）)），管理采用ptmalloc，tcmalloc，jemalloc来进行。

用户空间有一些自己写的cache（情况简单时）和专用内存池（情况复杂时），这种机制通常基于通用内存管理malloc来运行，策略经常是：
    1.当频繁（malloc/free）发生时，就可以采用长期占用（启动时申请后，一直不释放）一块大的内存作为cache使用的策略。减少大内存的申请操作（大内存都是在映射区进行，每次malloc/free会产生真正申请和释放内存（虚拟内存和物理内存），需要修改进程的页表，会产生mmap系统调用和缺页中断，这个太糟糕了）
    2.专用内存池：基于连接的内存管理，就是类似于nginx这种服务器，基于connection的策略是：一次连接会有各种各样变长的字符串和小内存，连接建立时，create memory pool，创建专用的内存池进行（内存管理），连接进行时采用memory pool来对连接所需的数据结构进行管理，然后一次性释放（连接关闭时,delete memory pool）。