linux 4.8 版本 内核 内存管理源码解析 2018年06月21日 14:18:44 ( 紧跟最新linux ,会动态持续更新)
关于服务器体系和 共享存储 可 参见 服务器体系(SMP, NUMA, MPP)与共享存储器架构(UMA和NUMA) 文章。
本文实际验证环境如下：2台unbuntu14系统，一台客户测试虚拟机、虚拟内存1G，一台目标内核测试虚拟机。linux4.8版本，调试工具位源码级kgdb 调试、具体的环境搭配省略、如遇到问题，可联系我。
在网上大多讨论 32位的版本，而没有对64位系统 进行对照的描述，以至于描述的不清不楚，对读者造成误解。其实 64位和32位的 内存管理是 差别很大的， 64位系统由于线性地址大 、就没有所谓的高端内存。
1.linux 32位 和 64位 内存管理是完全不同的，在Linux内部的地址的映射过程为逻辑地址–>线性地址–>物理地址 。32位的内存计算如下 ：
而64位系统的地址计算如下：
在没有物理地址扩展的32位系统，两级页表已经足够了，linux 通过使 “页上级目录” 和“ 页中间目录” 位全为 0 ，从根本上取消了页上级目录和页中间目录字段。不过，页上级目录和页中间目录在指针序列中的位置被保留，以便同样的代码在32位系统和64位系统下都能使用。内核为页上级目录和 页中间目录保留了一个位置，这是通过把他们的页目录项数设置为1 ，并把这两个目录项映射到页全局目录的一个适当的目录项而实现的。
我们只要搞懂kmalloc 、vmalloc 函数的具体实现，基本就可以掌握Linux内核的内存管理。现在让我们分析一些 vmalloc 的源码具体的了解 linux 最新 内核 的内存管理、本文以 64位系统为例，32位的本文暂时不提。
系统首先初始化物理内存， 如何初始化呢 ？
从start_kernel函数开始, 初始化内存结点，
#define NODE_DATA(id) (&contig_page_data) //UMA 系统只有一个伪结点。
64位linux vmalloc 可以分配多大的内存呢 ？
让我们执行以下命令（在目标机或者客户机上都可、一样的结果) ： cat /proc/meminfo
其中有一个MemTotal和MemFree
MemTotal表示所有内存， MemFree表示可分配内存。 如图MemTotal共 998744KB （975M）、可用内存189364KB(185M)实际分配虚拟机1024M. vmalloctotal = 34359738367KB = 32768G 内存可用。
1.首先在vmalloc.c 文件的vmalloc 函数打上断点 ，使用命令在gdb 调试工具下: b vmalloc即可
并列出 vmalloc 函数的源代码 1742 - 1744 行。
让我们进入 vmalloc 函数的下层函数 __vmalloc_node_flag () 内部，看一下。参数 为 在 GFP_KERNEL|__GFP_HIGHMEM 中 分配内存(在高端内存不足时，用低端内存)
那么 让我们打印出 vmalloc范围内存的起始值 如下 ： __vmalloc_node_rang 中 高端内存VMALLOC_START(0xffff c900 0000 0000) 、 低端内存VMALLOC_END（0xffff e8ff ffff ffff）、两者相差: 0x1fff ffff ffff（11个f） 让我们在文件中查一下 验证： 在文件中 pgtable_64_types.h中定义
# define VMALLOC_START vmalloc_base 而 这个参数 在 head64.c 中 查看到 是下面的 语句。
unsigned long vmalloc_base __ro_after_init = __VMALLOC_BASE_L4; 这个常量 就是 具体的数字。
32位系统划分如下 ： 1G 的 内核空间 （0xc000 0000 ~ 0xffff ffff ） , 3G 的用户线性空间。
内核空间具体划分为 page_offset (0xc000 0000) 到 high_memory , 8M 的间隔 ， vmalloc_start ---> vmalloc_end , PKMAP_BASE , FIXADDR_START , 0xffff ffff 线性截至。
64位划分如下 ： 内核空间0xffff 8000 0000 0000 -> 0xffff ffff ffff ffff (比特位 【0，46】任意，[47,63]全1)
用户区0x0000 7ffff ffff ffff -> 0 (比特位 【0，46】 任意 ， 【47，63 】全 1 ) ，上半部内核区 和 下半部 用户区 ，中间存在 非规范区。