1、Linux内核内存管理

1、页框：在Linux内核中，所有的物理地址被4K大小的内存块划分，这4K大小的内存块，使用一个结构体struct page来管理；其中每个内存块称为一个页框；因此在Linux内核中，内存管理最小单位是页框；

对于一些特定的应用需求，应用需要开辟一块连续的内存大小；为了针对这样的需求，出现了伙伴算法；

2、伙伴算法：在内核中把页框使用具有11个节点的链表，把页框管理起来，每个链表节点上的页框大小都是固定的。在第n个节点上具有的页框大小为2^n个。因此使用这样的链表可以表示一段连续的内存;这样一个节点最大可管理的内存大小为2^10*4K=4M;

// 分配2^order个连续的物理页，返回只一个结构体指针  
//linux-3.19.3/include/linux/gfp.h
static inline struct page *alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
{
    return alloc_pages_current(gfp_mask, order);
}
// 返回page页面所映射的虚拟地址
// linclude/linux/mm.h
void *page_address(struct page *page);

 3、物理页、slab、高速缓存之间关系：

　　多个物理页经过slab算法，将许多的物理页管理起来，所形成的整体形成高速缓存；

　　slab由一个或多个物理上连续的页组成，每个高速缓存由多个slab组成；

     

　　slab的三种状态：

　　1、slabs_full:slab管理的物理页对象已经分配完了，没有可用对象；

　　2、slabs_partial:使用了一部分对象；

　　3、slabs_free:管理物理页的对象都空闲，没有正在使用的；

     

 

 

 4、slab机制解决哪些问题：

　　1、减少伙伴算法在分配内存时产生的内部内存碎片；

　　2、将频繁使用的对象缓存起来，减少分配，初始化和释放对象的时间开销；

　　3、通过着色技术调整以更好地使用硬件高速缓存；

5、其他内存机制：

　　slob、slub:

6、高速缓存的使用：

　　在内核中已经有一些创建好的系统高速缓存，可以使用cat /proc/slabinfo查看系统高速缓存。使用下面函数我们可以创建自己的高速缓存；　

// linux-3.19.3/mm/slab_common.c
struct kmem_cache * kmem_cache_create (const char *name, size_t size, size_t align, unsigned long flags, void (*ctor)(void *))

　　创建好高速缓存后，可以使用下面函数获取到上面创建的高速缓存。

// llinux-3.19.3/mm/slab.c
void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *cachep, gfp_t f lags)

　其中的gfp_t f lags参数表明是在不同的场景，中断中不允许睡眠，DMA中申请内存，或者普通场景申请内存；

　　使用完缓存后，释放掉创建的缓存：

//linux-3.19.3/mm/slab_common.c
int kmem_cache_destroy (kmem_cache_t * cachep)

　　上面的分配内存使用最终使用下面这个函数：

// linux-3.19.3/mm/slab_common.c
static __always_inline void* slab_alloc(struct kmem_cache* cachep, gfp_t flags,unsigned long caller);

7、更上层的内存管理：

　　kmalloc():在内核空间、物理地址分配连续的内存大小；

　　kzallo(): 在kmalloc()基础上，将分配的内存内容全部置0；

　　vmalloc(): 在虚拟空间分配，分配的内存不需要连续的；

　　给硬件分配的内存需要连续的，给逻辑代码分配的内存空间不需要连续；

 8、Linux中内核常见的内存分配函数：

 　　其中在驱动中，常用的是kmalloc()函数

 

9、Kmalloc()函数源码分析：