Buddy 分配算法 在看函数前，我们先看下算法，因为我一直认为有了“道”的理解才好进一步理解“术”。 ? 假设这是一段连续的页框，阴影部分表示已经被使用的页框，现在需要申请一个连续的5个页框。...这个时候，在这段内存上不能找到连续的5个空闲的页框，就会去另一段内存上去寻找5个连续的页框，这样子，久而久之就形成了页框的浪费。...为了避免出现这种情况，Linux内核中引入了伙伴系统算法(Buddy system)。...最大可以申请1024个连续页框，对应4MB大小的连续内存。每个页框块的第一个页框的物理地址是该块大小的整数倍，如图： ?...从上面可以知道Buddy算法一直在对页框做拆开合并拆开合并的动作。Buddy算法牛逼就牛逼在运用了世界上任何正整数都可以由2^n的和组成。这也是Buddy算法管理空闲页表的本质。
移除交换空间 ---- 概念 内存管理是Linux系统重要的组成部分。...为了解决内存紧缺的问题，Linux引入了虚拟内存的概念。为了解决快速存取，引入了缓存机制、交换机制等。...当需要用到原始内容时，这些信息会被重新从交换空间读入物理内存。 Linux的内存管理采取的是分页存取机制。...要深入了解Linux内存运行机制，需要知道下面提到的几个方面。 首先，Linux系统会不时地进行页面交换操作，以保持尽可能多的空闲物理内存。...其次，Linux进行页面交换是有条件的，不是所有页面在不用时都交换到虚拟内存中，Linux内核根据“最近最经常使用”算法，仅仅将一些不经常使用的页面文件交换到虚拟内存中。
本篇介绍 本篇介绍下Linux的内存管理，用系统角度看内存的寻址和分配机制。 内容介绍 内存管理应该是系统中最难的模块之一了，而且历史也悠久，就先来简单回顾下。...分段和分页 谈到内存管理，最先想到的就是分段和分页机制。...分页把地址空间按照页框来管理，一般是4k，也有其他款式的，总之要和物理内存的页框大小匹配上。这样内存就按照页框的粒度来管理就好了。...atomic_long_t vm_numa_event[NR_VM_NUMA_EVENT_ITEMS]; } ____cacheline_internodealigned_in_smp; 管理物理内存使用的是伙伴算法...mmap流程如下： image.png 缺页异常 linux 是在不得不使用物理内存的时候才会分配物理内存。这句话该怎么理解呢？
操作系统内存管理包括物理内存管理和虚拟内存管理： 我们这篇主要介绍Linux的虚拟内存管理。...物理内存管理在另外一篇：《操作系统内存管理(思维导图详解)》 1、程序的进程在内存的数据结构 一.Linux 进程在内存数据结构 ---- 1、存储（没有调入内存）阶段： 可以看到一个可执行程序在存储...并且提供段 内分页管理机制 ． 为 Linux虚拟内存管理机制提供了支持 。 ...六.分页机制管理 ---- Linux使用分页管理机制来更加有效地利用物理内存．当创建一个进程时．仅仅把当前进程的一小部分真正装入内 存．其余部分需要访问时．处理器产生一个页故障．由缺页中断服务程序根据缺页虚拟地址和出错码调用写拷贝函数...例如：32位Linux的每个用户进程都可以访问4GB的线性地址空间， 而实际的物理内存可能远远少于4GB． 采用分页机制 ，Linux仅把可执行映像的一小部分装入物理内存．
查看Linux内存使用情况 free -m Linux内存清理：绝大多数情况下都不需要此操作，因为cache的内存在需要的时候是可以自动释放的～ 最好先sync几次，再清理内存，有下面三个级别，数值越大清理越彻底...1 > /proc/sys/vm/drop_caches echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches 更多内存清理的介绍参见转载的文章...：http://www.cnblogs.com/jyzhao/articles/3999185.html Linux共享内存 ipcs -a 查看内存条数 dmidecode | grep -A16 "
前面已经分析了linux内存管理算法（伙伴管理算法）的准备工作。...其中page_cgroup_init_flatmem()与cgroup相关，而mem_init()则是管理伙伴管理算法的初始化，此外kmem_cache_init()是用于内核slub内存分配体系的初始化...接着的init_page_count()这是设置页面的_count引用计数，设置为1，用于为__free_page()释放页面到内存管理算法中做准备。...最后的__free_page()，该函数既是初始化伙伴管理算法，同时也是伙伴管理算法释放页面的操作函数。暂且搁置分析__free_page()的实现，后面再详细深入。...至此，伙伴管理算法初始化完毕。
前面分析了伙伴管理算法的初始化，在切入分析代码实现之前，例行先分析一下其实现原理。...伙伴管理算法（也称之为Buddy算法），该算法将所有空闲的页面分组划分为MAX_ORDER个页面块链表进行管理，其中MAX_ORDER定义： 【file:/include/linux/mmzone.h】...假设连续的物理内存，各页面块左右的页面，要么是等同大小，要么就是整数倍，而且还是偶数，形同伙伴。 其管理起来如图： ?...伙伴管理算法的释放过程是，满足条件的两个页面块称之为伙伴：两个页面块的大小相同且两者的物理地址连续。...而伙伴管理算法的申请过程则相反，如果申请指定大小的页面在其页面块链表中不存在，则会往高阶的页面块链表进行查找，如果依旧没找到，则继续往高阶进行查找，直到找到为止，否则就是申请失败了。
前面分析了memblock算法、内核页表的建立、内存管理框架的构建，这些都是x86处理的setup_arch()函数里面初始化的，因地制宜，具有明显处理器的特征。...而start_kernel()接下来的初始化则是linux通用的内存管理算法框架了。...build_all_zonelists()用来初始化内存分配器使用的存储节点中的管理区链表，是为内存管理算法（伙伴管理算法）做准备工作的。...**至此，可以知道__build_all_zonelists()是内存管理框架向后续的内存页面管理算法做准备，排布了内存管理区zone的分配次序，同时初始化了冷热页管理。...通常只有内存足够大时才会启用该功能，否则将会提升消耗降低性能。其中pageblock_nr_pages表示伙伴系统中的最高阶页块所能包含的页面数。 至此，内存管理框架算法基本准备完毕。
此处承接前面未深入分析的页面释放部分，主要详细分析伙伴管理算法中页面释放的实现。页面释放的函数入口是__free_page()，其实则是一个宏定义。...其中order表示页面数量，如果释放的是单页，则会调用free_hot_cold_page()将页面释放至per-cpu page缓存中，而不是伙伴管理算法；真正的释放至伙伴管理算法的是__free_pages_ok...>batch); free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp); pcp->count -= batch; } 其中pcp表示内存管理区的每...其中if (pcp->count >= pcp->high)判断值得注意，其用于如果释放的页面超过了每CPU缓存的最大页面数时，则将其批量释放至伙伴管理算法中，其中批量数为pcp->batch。...最后判断当前合并的页面是否为最大阶，否则将页面放至伙伴管理链表的末尾，避免其过早被分配，得以机会进一步与高阶页面进行合并。末了，将最后的挂入的阶的空闲计数加1。 至此伙伴管理算法的页面释放完毕。
有了前两节的学习相信读者已经知道CPU所有的操作都是建立在虚拟地址上处理(这里的虚拟地址分为内核态虚拟地址和用户态虚拟地址)，CPU看到的内存管理都是对page的管理，接下来我们看一下用来管理page的经典算法...为了避免出现这种情况，Linux内核中引入了伙伴系统算法(Buddy system)。...从上面可以知道Buddy算法一直在对页框做拆开合并拆开合并的动作。Buddy算法牛逼就牛逼在运用了世界上任何正整数都可以由2^n的和组成。这也是Buddy算法管理空闲页表的本质。...而当驱动需要使用时，就将进程占用的内存通过回收或者迁移的方式将之前占用的预留内存腾出来，供驱动使用。 Slab 在Linux中，伙伴系统（buddy system）是以页为单位管理和分配内存。...总结 从内存DDR分为不同的ZONE，到CPU访问的Page通过页表来映射ZONE，再到通过Buddy算法和Slab算法对这些Page进行管理，我们应该可以从感官的角度理解了下图： ?
但是，当Linux物理内存超过1G时，线性访问机制就不够用了，因为只能有1G的内存可以被映射，剩余的物理内存无法被内核管理，所以，为了解决这一问题，Linux把内核地址分为线性区和非线性区两部分，线性区规定最大为...4 页框管理 4.1 页框管理 Linux采用4KB页框大小作为标准的内存分配单元。...每个管理区又有自己的描述符，描述了该管理区空闲的页框，保留页数目等。每个页描述符都有到内存节点和到节点管理区的连接（被放在flag的高位字段）。...内核调用一个内存分配函数时，必须指明请求页框所在的管理区，内核通常指明它愿意使用哪个管理区。 4.2 保留的页框池 如果有足够的空闲内存可用、请求就会被立刻满足。...内核通过内核页全局目录来管理所有的物理内存，由于线性地址前3G空间为用户使用，内核页全局目录前768项（刚好3G）除0、1两项外全部为0，后256项（1G）用来管理所有的物理内存。
内存管理是操作系统内核中最复杂的部分之一， start_kernel函数在内核启动第一个init进程前初始化了所有的内核特性（包括那些依赖于不同架构的特性），你也许还记得引导时创立的临时页表，但复杂的内存管理部分还没有开始...，当start_kernel函数被调用时，我们会看到初期内存管理到更复杂的内存管理数据结构和技术的转变，为了更好的理解内核的初始化过程，我们需要对这些技术有更清晰的理解，今天我们会着重讨论这个过程，主要针对初期的内存管理...，也不参与内存的分配，称之为静态内存； GPU/camera/多核共享的内存都需要预留大量连续内存，这部分内存平时不使用，但是必须为各个应用场景预留，这样的内存称之为预留内存； 内存其余的部分，是需要内核管理的内存...memblock是什么 memblock介绍 memblock即linux启动后kernel管理内存空间抽象出来的结构，此时buddy系统和slab分配器等并没有初始化，当需要执行一些内存管理、内存分配的任务...，此时就是有初期的管理模块memblock机制。
本文主要介绍 linux 内存组织结构和页面布局，内存碎片产生原因和优化算法，linux 内核几种内存管理的方法，内存使用场景以及内存使用的那些坑。...从内存的原理和结构，到内存的算法优化，再到使用场景，去探寻内存管理的机制和奥秘。 一、走进 linux 内存 1、内存是什么？...二、 linux 内存地址空间 1、linux 内存地址空间 Linux 内存管理全貌 ?...三、 Linux 内存分配算法 内存管理算法——对讨厌自己管理内存的人来说是天赐的礼物 1、内存碎片 1) 基本原理 产生原因：内存分配较小，并且分配的这些小的内存生存周期又较长，反复申请后将产生内存碎片的出现...尽量一次性申请较大的内存，而不要反复申请小内存 尽可能申请大块的 2 的指数幂大小的内存空间 外部碎片避免——伙伴系统算法 内部碎片避免——slab 算法 自己进行内存管理工作，设计内存池 2、伙伴系统算法
前面已经分析了伙伴管理算法的释放实现，接着分析一下伙伴管理算法的内存申请实现。...伙伴管理算法内存申请和释放的入口一样，其实并没有很清楚的界限表示这个函数是入口，而那个不是，所以例行从稍微偏上一点的地方作为入口分析。...这部分的功能实现将在后面详细分析，当前主要聚焦在伙伴管理算法的实现。...较正常的伙伴算法不同，其向迁移类型的内存申请内存页面时，是从最高阶开始查找的，主要是从大块内存中申请可以避免更少的碎片。...如果尝试完所有的手段仍无法获得内存页面，则会从MIGRATE_RESERVE列表中获取。这部分暂不深入，后面再详细分析。 毕了，至此伙伴管理算法的分配部分暂时分析完毕。
本文主要介绍 linux 内存组织结构和页面布局，内存碎片产生原因和优化算法，linux 内核几种内存管理的方法，内存使用场景以及内存使用的那些坑。...从内存的原理和结构，到内存的算法优化，再到使用场景，去探寻内存管理的机制和奥秘。 一、走进 linux 内存 1、内存是什么？...内存地址空间 1、linux 内存地址空间 Linux 内存管理全貌 [1502333613282_2762_1502333613646.jpg] 2、内存地址——用户态&内核态 用户态：Ring3...[1502334025496_4791_1502334025688.jpg] 三、 Linux 内存分配算法 内存管理算法——对讨厌自己管理内存的人来说是天赐的礼物 1、内存碎片 1) ...外部碎片避免——伙伴系统算法 内部碎片避免——slab 算法 自己进行内存管理工作，设计内存池 2、伙伴系统算法——组织结构 1) 概念 为内核提供了一种用于分配一组连续的页而建立的一种高效的分配策略
业余时间写的玩具操作系统，准备把内存管理部分加强一下，伙伴系统分配页面算法已经完成，下面就要开始写更加细粒度的内存分配，毕竟伙伴系统是按照页为基本单位分配的，参考内核版本linux2.6.30，没分析高版本的源码...，算法基本思想应该差不多。 ...slab算法是一个高效的内存分配算法，它通过把经常使用的内存块比如32字节，64字节大小或者某个常用结构体大小的类型组织成一个kmem_cache结构，经常分配和释放的内存会保存在一个array_cache...整体结构就是如下图，其中一个slab包含1到多个页面，slab管理结构可能在页面上，也可能从其它kmem_cache上动态分配的。 ...sizes++; names++; } /* 4) Replace the bootstrap head arrays */ //替换cache_cache的array_cache成员，使用slab管理的空闲内存替换全局内存区
2 (N)UMA模型中linux内存的机构 Linux适用于各种不同的体系结构, 而不同体系结构在内存管理方面的差别很大. 因此linux内核需要用一种体系结构无关的方式来表示内存....而内存管理的其他地方则认为他们就是在处理一个(伪)NUMA系统. 2.2 Linux物理内存的组织形式 Linux把物理内存划分为三个层次来管理 层次 描述 存储节点(Node) CPU被划分为多个节点...(node), 内存则被分簇, 每个CPU对应一个本地物理内存, 即一个CPU-node对应一个内存簇bank，即每个内存簇被认为是一个节点 管理区(Zone) 每个物理内存节点node被划分为多个内存管理区域...，作为系统唯一的node管理所有的内存区域。..., 我们会在后面典型架构(x86)上内存区域划分详细讲解x86_32上的内存区域划分 因此Linux内核对不同区域的内存需要采用不同的管理方式和映射方式, 为了解决这些制约条件，Linux使用了三种区:
linux内存管理卷帙浩繁，本文只能层层递进地带你领略冰山轮廓，通过本文你将了解到以下内容： 为什么需要管理内存 linux段页管理机制 内存碎片的产生机理 为什么需要管理内存 老子的著名观点是无为而治...在linux系统中如果以一种原始简单的方式管理内存是存在一些问题的，我们来看几个场景。...物理内存和内存碎片 ---- 前面说的段页管理机制算是虚拟空间的部分，然而linux内存管理的另外一个重要部分就是物理内存的管理了，也就是如何分配和回收物理内存，这就涉及到一些内存分配算法和分配器。...无论是时间还是内存被碎片化之后都无法被有效利用，因此合理管理减少碎片对我们来说是至关重要的，这也是物理内存分配算法和分配器的研究重点。...而进行这种交换所遵循的依据是“LRU”算法（Least Recently Used，最近最少使用算法）。
CPU访问本地内存的速度比访问远程内存的速度要快 Linux适用于各种不同的体系结构, 而不同体系结构在内存管理方面的差别很大....因此linux内核需要用一种体系结构无关的方式来表示内存....因此linux内核把物理内存按照CPU节点划分为不同的node, 每个node作为某个cpu结点的本地内存, 而作为其他CPU节点的远程内存, 而UMA结构下, 则任务系统中只存在一个内存node, 这样对于...， 内核页需要使用内存（另外，还需要保留部分内存用于初始化内存管理子系统） 为解决这个问题，内核使用了自举内存分配器 此结构用于这个阶段的内存管理 */...对内存管理有必要的标志是N_HIGH_MEMORY和N_NORMAL_MEMORY, 如果结点有普通或高端内存则使用N_HIGH_MEMORY, 仅当结点没有高端内存时才设置N_NORMAL_MEMORY
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