原文:Linux內(nèi)核分析（三）----初識(shí)linux內(nèi)存管理子系統(tǒng)

Linux內(nèi)核分析（三）

昨天我們對內(nèi)核模塊進(jìn)行了簡單的分析，今天為了讓我們今后的分析沒有太多障礙，我們今天先簡單的分析一下linux的內(nèi)存管理子系統(tǒng)，linux的內(nèi)存管理子系統(tǒng)相當(dāng)?shù)凝嫶?#xff0c;所以我們今天只是初識(shí)，只要對其進(jìn)行簡單的了解就好了，不會(huì)去追究代碼，但是在后面我們還會(huì)對內(nèi)存管理子系統(tǒng)進(jìn)行一次深度的分析。

在分析今天的內(nèi)容之前，我們先來看出自http://bbs.chinaunix.net/thread-2018659-2-1.html的一位大神做的內(nèi)存管理圖，真心佩服大神。其實(shí)這張圖可以分為兩個(gè)部分，一部分是地址映射，另一部分就是內(nèi)存分配。

所以今天我們會(huì)分析到以下內(nèi)容：

1.????? Linux地址映射

2.????? Linux內(nèi)存分配

?

l? Linux地址映射

下面的分析我們依據(jù)上圖進(jìn)行分析，首先我們來看其最右邊的地址分布圖（當(dāng)然這是虛擬空間）。其地址分布總的可以分為兩個(gè)部分我們下面慢慢分析（基于32位處理器）。

1.?????? 用戶空間（0~3G）

a)????? 空間簡介

其從0x00000000到0xBFFFFFFF共3GB的線性地址空間，每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)獨(dú)立的3GB用戶空間，當(dāng)然這是虛擬的空間。

b)????? 如何轉(zhuǎn)換為物理空間

這一部分虛擬空間到物理空間的轉(zhuǎn)換方法是我們以前在http://www.cnblogs.com/wrjvszq/p/4246634.html一文中分析過的MMU地址轉(zhuǎn)換。

2.?????? 內(nèi)核空間（3~4G）

其從0xC0000000到0xFFFFFFFF共1GB大小，內(nèi)核空間又可以根據(jù)映射方式的不同分為下面四塊，我們一一分析

a)??????? 內(nèi)核邏輯地址空間

l? 空間簡介

其從0xC0000000到high_memory(圖中896MB的地方)最大為896MB（也就是說這塊空間有可能不滿，但最大為896MB），當(dāng)然是虛擬空間。

注：在此注意一下896MB我們一會(huì)在分析。

l? 如何轉(zhuǎn)換為物理空間

這一部分虛擬地址與物理內(nèi)存中對應(yīng)的地址只差一個(gè)固定偏移量（3G），如果內(nèi)存物理地址空間從0x00000000地址編址，那么這個(gè)固定偏移量就是PAGE_OFFSET（如上圖）。

b)??????? Vmalloc空間

l? 空間簡介

其地址沒有嚴(yán)格的界限，這段空間既可以訪問到我們的高端內(nèi)存，也可以訪問到低端內(nèi)存。（高端和低端一會(huì)解釋）

l? 如何轉(zhuǎn)換為物理空間

不是通過簡單的線性關(guān)系映射，在此不研究。

c)??????? 永久內(nèi)核映射

l? 空間簡介

其固定用來訪問高端內(nèi)存。

l? 如何轉(zhuǎn)換為物理空間

不是通過簡單的線性關(guān)系映射，在此不研究。

d)??????? 固定映射

l? 空間簡介

其在系統(tǒng)初始化期間永久映射I/O地址空間，或者特殊的寄存器。

3.?????? 遺留知識(shí)

在剛才我們前面的分析中我們留下了一些問題下面進(jìn)行解釋。

a)??????? 低端內(nèi)存

內(nèi)核邏輯地址空間所映射的物理內(nèi)存就是低端內(nèi)存(實(shí)際物理內(nèi)存的大小，但是小于896MB)

b)??????? 高端內(nèi)存

低端內(nèi)存地址之上的物理內(nèi)存是高端內(nèi)存（物理內(nèi)存896MB之上）。

c)??????? 896MB來由

Linux將內(nèi)存分為內(nèi)核空間和用戶空間，其中內(nèi)核空間中的0xC0000000~high_memory部分用來映射物理內(nèi)存，但是我們還需要映射I/O空間和固定的寄存器，所以留出了high_memory~0xFFFFFFFF之間的地址來映射I/O空間和固定的寄存器，而在X86平臺(tái)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定了這個(gè)high_memory為896MB。

l? Linux內(nèi)存分配

通過上面的介紹我們對linux對內(nèi)存的管理，以及地址的映射有了一個(gè)了解，下面我們來分析linux是如何進(jìn)行內(nèi)存分配的。

通過上圖我們可以分析出內(nèi)存的分配過程

1.??????? 由malloc、fork等系統(tǒng)調(diào)用和kmalloc、vmalloc申請得到虛擬內(nèi)存。

2.??????? 在我們使用該內(nèi)存的時(shí)候，產(chǎn)生請頁異常（kmalloc除外）

3.??????? 從空閑的頁框分配物理內(nèi)存，和虛擬地址建立映射。

注：kmalloc申請空間是不用經(jīng)過請頁異常的，返回的虛擬地址已經(jīng)對應(yīng)了物理內(nèi)存。Kmalloc可以分配到連續(xù)的物理內(nèi)存，vmalloc分配的是非連續(xù)的物理內(nèi)存。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux内核分析（三）----初识linux内存管理子系统的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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