知识梳理之内存(适用于面试)

知识梳理之内存

1、  kmalloc和vmalloc是分配的是内核的内存,malloc分配的是用户的内存

2、  kmalloc保证分配的内存在物理上是连续的,vmalloc保证的是在虚拟地址空间上的连续,malloc不保证任何东西(这点是自己猜测的,不一定正确)

3、  kmalloc能分配的大小有限,vmalloc和malloc能分配的大小相对较大

4、  内存只有在要被DMA访问的时候才需要物理上连续

5、  vmalloc比kmalloc要慢

6、  kmalloc是kmalloc的简化版本，kzalloc就等于kmalloc的内存空间用0来填充分配出来的内存空间。

7、  kfree函数用来释放kmalloc分配的内存。

1、页面分配部分

对物理内存的定义方面，引入：节点（node）、内存区域（zone）、内存页（page）。

内存区域（zone）：linux将每个内存节点管理的物理内存划分为不同的内存区域，在代码中以struct zone数据结构表示每一个内存区域。

内存页（page）：是物理内存管理中最小的单位。系统为每个页创建一个struct page对象。

内核将物理内存分为三个区：ZONE_DMA、ZONE_NORMALL和ZONE_HIGHMEM。

页面分配函数：alloc_pages和__get_free_pages，它们最终都会调用到alloc_pages_node，所以背后两者的原理是一样的。页面的分配次序为：ZONE_NORMALL、ZONE_DMA，而不会到ZONE_HIGHMEM中查找分配。

2、slab分配器（slab allocator）

       Linux系统在物理页分配的基础上实现了对更小内存分配的管理：slab、slob和slub。slob和slub主要针对大型系统和嵌入式系统。

       Slab分配器的基本思想是：先利用页面分配器分配出单个或者一组连续的物理页面，然后在此基础上将整块页面分割成多个相等的小内存单元，以满足小内存空间分配的需求。

       相关数据结构：struct kmem_cache和struct slab。kmem_cache用于管理旗下所有的struct slab。

       Slab结构用于管理一块连续的物理页面中内存对象的分配。其存放位置有两种：一是将struct slab实例放在物理页面首页的开始处；二是放在物理页面的外部。

       Slab分配器最终调用__alloc_pages去分配2^order个连续的物理页面，对于slab分配器而言，它只能在低端内存区分配物理页面。

3、虚拟内存的管理

Linux内核将4GB的虚拟地址空间分为两大块：顶部的1GB空间给内核使用，底部的3GB给用户空间使用。内核代码中使用PAGE_OFFSET宏来标示虚拟地址空间中内核部分的起始地址。

Vmalloc和Vfree

Vmalloc函数的实现原理主要有以下三个步骤：

1）  在Vmalloc区分配出一段连续的虚拟内存区域（使用红黑树解决动态虚拟内存的分配与释放）

2）  通过伙伴系统获得物理页

3）  通过对页表的操作将步骤1中分配的虚拟内存映射到步骤2中获得的物理页上。