Linux 内存管理

1. 页

内核把物理页作为内存管理的最小单位，尽管处理器的最小寻址单位通常为字，但是，内存管理单元(MMU)通常以页为单位进行处理。必须理解一点page结构与物理页相关，而非与虚拟页相关，物理页中存放的数据由于交换等原因，可能被交换出去，它们可能并不再和同一个page结构相关联，内核仅仅用这个数据结构来描述当前时刻物理页中存放的东西。这种数据结构的目的在于描述物理内存本身，而不是描述其中的数据。一般情况下32位体系结构，页的大小为4KB。而64位体系结构一般会支持8KB的页。

 

2.区

由于硬件的限制，内核并不能一视同仁的对待所有的页，有些页位于内存中特定的物理地址上，所以不能将其用于一些特定的任务，由于存在这种限制，所以内核把页划分为不同的区。

Linux内核使用了三种区:

ZONE_DMA  －这个区包含的页用来执行DMA操作

ZONE_NORMAL－这个区包含的都是正常映射的页

ZONE_HIGHMEM－这个区包含"高端内存"，其中的页并不能永久的映射到内核地址空间

在X86上：

ZONE_DMA        <16MB

ZONE_NORMAL  16-896MB

ZONE_HIGHMEM >896MB

 

 

3.获得页与释放页

内核提供一种请求内存的底层机制，并提供了对它访问的几个接口,所有的这些接口都是以页为单位分配内存，定义于中。

struct page* alloc_pages(unsigned int gfp_mask,unsigned int order);

该函数分配2的order次幂连续的物理页，并返回一个指针，该指针指向第一个页的page结构体。如果出错，则返回空。

 

void *page_address(struct page* page);

该函数返回一个指针，指向当前物理页所在的逻辑地址。传递的参数是page结构体指针

这个地址是内核虚拟地址，即内核可以直接访问的地址。

 

unsigned long _ _get_free_pages(unsigned int gfp_mask,unsigned int order)

这个函数返回的所请求的页的内核空间的虚拟地址。

 

 

struct page* alloc_page(unsigned int gfp_mask)

unsigned long __get_free_page(unsigned int gfp_mask);

返回的是单页。

 

 

unsigned long get_zeroed_page(unsigned int gfp_mask);

这个函数与__get_free_page工作方式相同，只不过把分配好的页都填为0。

 

 

void __free_pages(struct page*page,unsigned int order);

void free_pages(unsigned long addr,unsigned int order);

void free_page(unsigned long addr);

 

4. kmalloc与vmalloc函数

kmalloc:

kmalloc函数与用户空间的malloc一族函数非常类似，只不过它多了一个flags参数。

kmalloc函数是一个简单的接口，用以获得以字节为单位的一块内核内存。如果你需要整个页，那么，前面讨论的页可能是最好的选择。

kmalloc函数在：

void *kmalloc(size_t size,int flags);

void kfree(const void* addr);

这个函数返回的是指向内存的内核逻辑地址的指针，其内存块大小至少为size大小。所分配的内存区在物理上是连续的。

 

 

 

vmalloc:

vmalloc函数类似于kmalloc，只不过前者分配的内存虚拟地址是连续的，而物理地址无需连续。kmalloc函数保证的页的物理地址是连续的，内核虚拟地址也是连续的，而vmalloc只保证页在虚拟地址空间是连续的，它通过分配非连续的物理内存块，再“修正”页表，把内存映射到逻辑地址空间的连续区域中，就能做到这点。

 

因此，vmalloc函数为了把物理上不连续的页转换成虚拟地址空间上连续的页，必须建立页表项。vmalloc获得的页必须一个一个的进行映射，因为它们在物理上是不连续的。这直接导致比直接内存映射大得多的TLB抖动。

 

void *vmalloc(unsigned long size);

void vfree(void *addr);

 

 

 

kmalloc与vmalloc返回的都是内核虚拟地址(内核可以访问的地址),这些地址对应着物理内存中的一个个页面，kmalloc得到的地址也称为“逻辑地址”,因为是连续的页，访问物理内存只需要一个偏移量计算即可。

 

关于Linux内存管理就介绍到这了。