[LINUX-02]linux内存管理

1 内存划分

对于 32位linux，进程：0~3G，内核：3G~4G，所有进程的内核空间（3G~4G）都是共享的。

 线性区映射的物理内存成为低端内存，剩下的内存被称为高端内存。

2 内存管理

2.1 物理内存管理

Linux内存最小管理单位为页（page），通常一页为4K。初始化时，linux会为每个物理内存也建立一个page的管理结构（切记是linux系统不是uboot，也就是物理内存的管理肯定是在linux系统上的），操作物理内存时实际上就是操作page页。某些设备会映射在物理内存地址外，这些地址会在使用时建立page结构。

2.2 进程内存管理：

Linux进程通过vma进行管理，每个进程都有一个task_struct结构体进行维护，其中的mm_struct结构体管理这进程的所有内存。Mm_struct中维护者一个vma链表，其中的每一个vma节点对应着一段连续的进程内存。这里的连续是指在进程空间中连续，物理空间中不一定连续。如果使用malloc等申请一段内存，则内核会给进程增加vma节点。

3 内存分配与映射

3.1 分配

3.1.1 进程空间内存分配

malloc/free：最常用的内存分配函数

valloc/free：分配的内存按页对齐

3.1.2 内核空间内存分配

__get_free_pages/free_pages：分配制定页数的低端内存，不能分配在高端

Alloc_pages/__free_pages：分配izhiding页数的内存，可以是高端内存

Kmalloc/kfree：分配的内存物理上连续，只能在低端分配

Vmalloc/vfree：分配的内存在内核空间中连续，物理上无需连续。Vmalloc由于不需要屋里也连续，会造成TLB抖动，所以性能很差，一般只有在必须申请大块内存时才使用，如动态插入模块时。

3.2 映射

3.2.1 用户空间与物理地址

仅mmap函数（其内部也是靠内核中使用remap_pfn_range实现的。所有地址空间转换都在内核中实现）；

3.2.2 内核空间与物理地址

3.2.2.1 kmap

实现物理内存到内核地址空间的映射，物理内存地址可以是低端内存区，也可以是高端内存区，如果是低端，作用与page_address相同。

3.2.2.2 ioremap

实现物理地址到内核空间的映射，所谓的物理地址一般是指非物理内存的地址空间，也就是不在linux管理下的物理地址空间。它可以把这一段映射到内核空间中的非线性空间。

3.2.2.3 page_address

只适用于线性区，实现page到内核地址空间的转换。

phy_to_virt：物理转虚拟

virt_to_page：从一个内核虚地址得到该页的描述结构 struct page *

virt_to_phy：虚拟转物理

只适用于线性区。

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