linux内存管理浅析（一）

最近因为项目中需求对linux的内存管理做了一些研究，现记录下来，一是为了自己以后方便深入学习，二是分享给那些需要的人，以便大家共同学习。 
        linux内存管理总体上分为两块：物理内存管理和虚拟内存管理。本篇博客就从这两块进行分析。
        先说物理内存，这个很好理解，就是我们主机中那块内存条，也就是大家口中平常所说的“我的内存是4G”中所指的那个“内存”。现在问题就来了：内存条是物理的，linux内核是个程序，说linux内核管理它，似乎中间缺少了些什么。对！就是介质的“程序化”。linux内核要管理介质，首先要把介质用程序中的一个数据结构表示吧，这样linux内核才能用它啊。先看物理介质“程序化”后的结构图：

        在内核中，一块均匀的物理内存介质，使用一个pg_data_t，如上图所示。为了方便管理，一个pg_data_t又一般分为三个区域：ZONE_DMA,ZONE_NORMAL,ZONE_HIGHMEM。
        ZONE_DMA:在IA-32计算机中一般是16M，适合DMA使用。
        ZONE_NORMAL:表示可直接线性映射到内核段的内存域。
        ZONE_HIGHMEM:这段物理内存是和以后讲的虚拟内存是动态映射的。（是不是感觉有点晕，没关系，后面讲完虚拟内存就可以对应上了。）
        讲到这里，也只是物理内存逻辑上的一种划分，实际中它真正怎么高效管理起来，比如你现在需要2M物理内存，linux内核马上就能分配给你，等会你又要100M内存，一会你用完了要释放，其他进程又要使用等等。现实是linux对这种管理高效到我们几乎感觉不到，这就得意于“伙伴系统”了。先看图：

        linux内核会将每个zone中的可用物理内存，按照2的0次方、1次方等等划分（每个块的物理地址是连续的），并按上图所示组织起来，当某用户需要一块内存时，找到刚好能满足它的块。例如，你需要一个1M内存，那就是4KB*2^8，linux内核就到上图中左侧为8对应的后面链表中去查找，如果找到了，就分配给你，没有就到9对应的里面去找，找到后会将2^9分为2^8和2^1两部分，2^8分配给你，2^1部分放到1对应的链表中。如果1对应的链表中可以合并为2^2，那么就会合并并将这个块调整到2对应的链表中。
       “伙伴系统”管理的最小单位是“页帧”（4KB），但实际上我们应用程序中使用的内存分配函数（比如c语言中的malloc）等是按字节计算的，4KB对我们来说太大，会造成“内部碎片”导致内存浪费，此时linux又有另外一种秘密武器——slab分配器，它就是专门针对这种小内存需求进行物理内存分配的。
       关于物理内存管理，我就点到为此，本篇只给大家一个较为系统的介绍，方便大家深入学习时的一个方向确定，各个细节可以再找其他资料详细参考学习。