淺談linux記憶體管理

linux記憶體管理的兩個主要特徵是進程虛擬記憶體和核心記憶體配置。

      先來談談進程虛擬記憶體是什麼，linux使用三級頁表結構，由頁目錄，頁中間目錄，頁表構成。

     頁目錄：一個活動的進程有一個頁目錄，頁目錄大小為一頁尺寸，頁目錄中的每一項都指向頁中間目錄的一頁。

     頁中間目錄：頁中間目錄可以有多個頁，頁中間目錄的每一項指向頁表中的一頁。

     頁表：頁表也可以有多頁，每個頁表項指向該進程的一個虛擬頁。

     虛擬記憶體方案的地址轉換如下：

       為了提高讀寫記憶體的效率，linux把連續的頁映射到連續的葉框中，基於這種目的，linux使用了夥伴系統核心維護一系列固定大小的葉框組一頁可以包含1、2、4、8、16、32個葉框，當一頁在記憶體中分配或者回收時，可用的組使用夥伴演算法被分裂或合并。

      linux的頁面置換演算法是時鐘演算法的變種。

 

 

      核心記憶體配置是什麼，核心記憶體管理實體記憶體頁框，主要是為特定的使用分配和回收頁框，而頁框的擁有者可能是使用者空間的進程，動態分配的核心資料，靜態核心代碼和快取等，linux的核心記憶體配置使用的是基於使用者虛擬記憶體管理的分頁機制，在分頁機制中使用夥伴演算法可以以一頁或者多頁為單位分配，所以這種分配的單位最小是頁，而核心中有許多小對象，這些對象的構建和回收十分頻繁，如inode，如果每次構件時就向核心申請一個頁，而其實實際大小可能只有幾個位元組，這樣就非常浪費，所以linux在分配頁時採用了一種slab機制，一般的頁尺寸為4K，而slab就是用來處理在同一頁框中分配小儲存區，小於一頁的塊可以非配給32、64、128、256...4048位元組，linux維護了一組緩衝鏈表，每種塊大小對應一個鏈表，塊可以按照類似夥伴演算法的方式進行合并，並且可以在鏈表間移動。

slab層主要起到了兩個方面的作用：

     1. slab可以對小對象進行分配，這樣就不用為每個小對象分配一個頁框，節省了空間。

     2. 核心中的一些小對象建立析構很頻繁，slab對這些小對象做了緩衝，可以重複利用一些相同的對象，減少記憶體配置次數。

     slab結構如下：

     

     linux是通過快取來管理相同大小的塊或者說對象吧。每個緩衝都包含了一組slab列表，主要有三種不同類型的slab組成的鏈表：

    slab_full：完全分配了，沒有閒置列表

    slab_partial：分配了部分塊的列表

    slab_free：完全閒置slab

    當請求記憶體時會先從slab_partial中尋找，如果沒有就會去slab_free中去尋找，然後將這個slab放入slab_partial中。

    與傳統的記憶體管理員模式相比， slab 緩衝分配器提供了很多優點。首先，核心通常依賴於對小對象的分配，它們會在系統生命週期內進行無數次分配。slab 緩衝分配器通過對類似大小的對象進行緩衝而提供這種功能，從而避免了常見的片段問題。slab 分配器還支援通用對象的初始化，從而避免了為同一目而對一個對象重複進行初始化。最後，slab 分配器還可以支援硬體緩衝對齊和著色，這允許不同緩衝中的對象佔用相同的緩衝行，從而提高緩衝的利用率並獲得更好的效能。

     參考連結：https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-linux-slab-allocator/