Linux内存管理(四)——物理内存管理

内存组织

基本单位4KB页面-Page结构，总的Page数组mem_map[]数组；
均匀介质中：
Node(总的仓库，page数组)->
ZONE_DMA、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGHMEM(用于物理内存>1GB空间)->
zone_struct结构->
多组队列，free_area_struct，inactive_clean_pages，inactive_dirty_pages，active->
2^0~2^10页面组成的块的队列
非均匀介质NUMA：
pglist_data(小仓库，page数组)链->
ZONE_DMA、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGHMEM(用于物理内存>1GB空间)->
zone_struct结构->
多组队列，free_area，inactive_clean_list，inactive_dirty_list，active_list->
2^0~2^10页面组成的块的队列
注意：
这些队列均是LRU队列，最近最少使用
LRU是最近最少使用页面置换算法(Least Recently Used),也就是首先淘汰最长时间未被使用的页面!
LFU是最近最不常用页面置换算法(Least Frequently Used),也就是淘汰一定时期内被访问次数最少的页!

内存分配与释放

总体流程

1、空闲。
页面page数据结构通过其队列头链入对应管理区空闲队列free_area。页面计数count=0
2、分配
通过函数_alloc_pages()或_get_free_page()从空闲队列分配内存页面，并将所分配页面计数为1，其从free_area队列移除
如果无进行内存交换操作
3、上个页面链入活跃队列active_list，并且至少有一个进程的用户空间指向该页面。每当为其页面再建立或恢复映射时，页面计数count+1；
4、每当断开页面映射，页面计数-1。如果修改了页面内容且页面不再用即count=0，则链入inactive_dirty_list队列。
5、将不活跃脏页面写入交换设备，从inactive_dirty_list移到inactive_clean_list队列。
6、如果之后又收到访问，则又到活跃页面并恢复映射。
7、需要时则从“干净队列”中回收页面。

buddy算法

伙伴算法——分配多个页面：
标记每个页面是否使用，位图0/1。
则0的伙伴是1；0、1的伙伴是1、2；0、1、2、3伙伴是4、5、6、7；类似。
为0表示两个块都空闲，否则为1。
如何分配：
假如系统需要4(2*2)个页面大小的内存块，该算法就到free_area[2]中查找，如果链表中有空闲块，就直接从中摘下并分配出去。如果没有，算法将顺着数组向上查找free_area[3],如果free_area[3]中有空闲块，则将其从链表中摘下，分成等大小的两部分，前四个页面作为一个块插入free_area[2]，后4个页面分配出去，free_area[3]中也没有，就再向上查找，如果free_area[4]中有，就将这16(2*2*2*2)个页面等分成两份，前一半挂如free_area[3]的链表头部，后一半的8个页等分成两等分，前一半挂free_area[2]
的链表中，后一半分配出去。假如free_area[4]也没有，则重复上面的过程，知道到达free_area数组的最后，如果还没有则放弃分配。
如何释放：
当释放一个块时，先在其对应的链表中考查是否有伙伴存在，如果没有伙伴块，就直接把要释放的块挂入链表头；如果有，则从链表中摘下伙伴，合并成一个大块，然后继续考察合并后的块在更大一级链表中是否有伙伴存在，直到不能合并或者已经合并到了最大的块

内存与磁盘交换

页面交换：

定期换出：

守护线程kswapd至少每秒一次循环：
1、发现物理页短缺情况下，预先找出页面，断开页面映射，为页面换出做准备；
当然不一定要断开活跃页面映射，即先看不活跃-干净队列，再看不活跃-脏队列，最后再断开映射。
2、将脏页面写入交换设备
page_launder()写入交换设备
3、其他还对slab分配对象进行回收