Linux內核分析（三）

昨天我們對內核模塊進行了簡單的分析，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的內存管理子系統，linux的內存管理子系統相當的龐大，所以我們今天只是初識，只要對其進行簡單的了解就好了，不會去追究代碼，但是在后面我們還會對內存管理子系統進行一次深度的分析。

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

所以今天我們會分析到以下內容：

1. Linux地址映射

2. Linux內存分配

l Linux地址映射

下面的分析我們依據上圖進行分析，首先我們來看其最右邊的地址分布圖（當然這是虛擬空間）。其地址分布總的可以分為兩個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，每個進程都有一個獨立的3GB用戶空間，當然這是虛擬的空間。

b) 如何轉換為物理空間

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

2. 內核空間（3~4G）

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

a) 內核邏輯地址空間

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），當然是虛擬空間。

注：在此注意一下896MB我們一會在分析。

l 如何轉換為物理空間

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

b) Vmalloc空間

l 空間簡介

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

l 如何轉換為物理空間

不是通過簡單的線性關系映射，在此不研究。

c) 永久內核映射

l 空間簡介

其固定用來訪問高端內存。

l 如何轉換為物理空間

不是通過簡單的線性關系映射，在此不研究。

d) 固定映射

l 空間簡介

其在系統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

在剛才我們前面的分析中我們留下了一些問題下面進行解釋。

a) 低端內存

內核邏輯地址空間所映射的物理內存就是低端內存(實際物理內存的大小，但是小于896MB)

b) 高端內存

低端內存地址之上的物理內存是高端內存（物理內存896MB之上）。

c) 896MB來由

Linux將內存分為內核空間和用戶空間，其中內核空間中的0xC0000000~high_memory部分用來映射物理內存，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平臺根據經驗設定了這個high_memory為896MB。

l Linux內存分配

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

通過上圖我們可以分析出內存的分配過程

1. 由malloc、fork等系統調用和kmalloc、vmalloc申請得到虛擬內存。

2. 在我們使用該內存的時候，產生請頁異常（kmalloc除外）

3. 從空閑的頁框分配物理內存，和虛擬地址建立映射。

注：kmalloc申請空間是不用經過請頁異常的，返回的虛擬地址已經對應了物理內存。Kmalloc可以分配到連續的物理內存，vmalloc分配的是非連續的物理內存。