linux内核内存管理

Linux内核内存管理是操作系统中极为重要的一个部分，它涉及到操作系统如何高效、合理地使用物理内存资源以及虚拟内存资源。Linux内核内存管理机制包括页面类型与组织、页面回收逻辑、内存区域划分、页面分配策略、页面引用和回收规则等多个方面。 Linux内核将物理内存划分为不同的类型，以适应不同硬件和内存大小的需求。内存区域划分通常包括DMA区域、DMA32区域、NORMAL区域、HIGHMEM区域等。DMA区域主要对应低端内存（小于16MB），DMA32区域服务于32位地址空间，NORMAL区域通常指的是直接可寻址的内存，而HIGHMEM区域是指那些需要临时映射才能访问的高内存区域。 页面分配器使用__get_free_page()函数，该函数根据不同的内存需求，使用不同的内存区域。这些内存区域通过zonemodifier或zonefallbackorder来指定内存分配时优先考虑的区域和回退的区域顺序。 页面回收（Page Reclaim）是内存管理的重要组成部分，它处理物理内存不足时的内存回收机制。Linux内核通过LRU（Least Recently Used）缓存来维护不同的内存页面列表，包括文件页、交换页、不可回收页、slab缓存等。 在内存管理中，有特定的规则用于决定页面在内存中保持或回收。一般来说，一个未映射的页面在变为非活跃时，需要被引用两次才能继续留在内存中；而对于已映射的非活跃列表中的页面，则只需被引用一次。对于文件页，它们在两种不同的数据结构中管理，即基数树和文件的LRU链表。 页面的引用比特位（page referenced bits）被用来记录页面被读取或写入的情况。read()函数会设置PageReferenced或PageActive，而mmap()读操作则设置页表项（pte）的young位，这些状态将在页面回收时进行检查。 在页面激活（Activation）方面，当页面被第二次读取或写入访问时，会将其激活。对于已访问的映射页面，如程序文本，也会重新激活。 在页面回收（Eviction）规则中，所有未映射的页面会先被停用，然后所有已映射但未被访问的数据页面会进行页面换出（page out）。未被访问的已映射页面会被回收，放入写回队列中。当然，有些页面在当前是不可回收的。 Linux内核内存管理还包括了对页替换算法的优化，如最近最少使用（LRU）算法，以及为特定页面类型提供回收策略的机制。内存管理器持续监控系统中内存的使用情况，确保系统性能和稳定性。 以上总结的知识点涵盖了Linux内存管理的核心概念和机制，从页面类型到内存区域的划分，再到页面的回收逻辑和内存管理规则，构成了Linux内核内存管理的基础。这些机制的设计和实现是Linux能够在现代计算机系统中高效运行的关键。通过这些复杂的逻辑，Linux内核确保了资源的合理分配和高效利用，使得整个系统能够在有限的物理内存条件下尽可能地优化性能。