Linux学习心得——内存管理方法资源-CSDN文库

linux

内存管理

5星 · 超过95%的资源需积分: 34 8 浏览量 2012-09-06 11:36:30 上传评论 12 收藏 3.61MB PDF 举报

资源推荐

资源详情

资源评论

Linux 学习心得——内存管理方法

1. 概述............................................................................................................................................ 3

2. 物理空间/虚拟空间................................................................................................................... 3

2.1 物理空间 .......................................................................................................................... 3

2.1.1 物理空间概述 ....................................................................................................... 3

2.1.2 Linux 内核分配的物理内存 ................................................................................ 6

2.2 虚拟空间 .......................................................................................................................... 8

2.2.1 内核虚拟空间 ....................................................................................................... 9

2.2.2 进程虚拟空间 ..................................................................................................... 11

2.3 物理空间和虚拟空间的转换 ........................................................................................ 14

3. 内核使用内存 .......................................................................................................................... 15

3.1 内核负责分配 ................................................................................................................ 15

3.1.1 物理内存管理 ..................................................................................................... 15

3.1.2 bootmem 系统 ..................................................................................................... 16

3.1.3 buddy 系统 ......................................................................................................... 18

3.1.4 CPU 页框高速缓存 ........................................................................................... 18

3.1.5 管理区分配器 ..................................................................................................... 19

3.1.6 分区页框分配器/__get_free_pages .................................................................... 19

3.1.7 Vmalloc/vfree ...................................................................................................... 23

3.1.8 module_alloc/vfree .............................................................................................. 26

3.1.9 dma_alloc_coherent/ dma_alloc_coherent .......................................................... 28

3.1.10 slab(cache)系统................................................................................................. 30

3.1.11 kmem_cache_alloc/ kmem_cache_free ............................................................. 32

3.1.12 kmalloc/kfree..................................................................................................... 32

3.1.13 low mem 小结 ................................................................................................... 34

3.1.14 high mem 的使用 .............................................................................................. 34

3.1.15 kmap/ kunmap + alloc_pages( )/free_ pages( ) ................................................. 35

3.1.16 kmap_atomic/ kunmap_atomic + alloc_pages( )/free_ pages( ) ........................ 37

3.2 内核不负责分配 ............................................................................................................ 39

3.2.1 静态 IO 映射/create_mapping ............................................................................ 39

3.2.2 动态 IO 映射/ ioremap/__iounmap .................................................................... 41

4. 进程使用内存 .......................................................................................................................... 43

4.1 基础知识 ........................................................................................................................ 43

4.1.1 内存描述符 ......................................................................................................... 45

4.1.2 线性区描述符 ..................................................................................................... 45

4.1.3 分配线性地址区间 ............................................................................................. 47

4.1.4 释放线性地址区间 ............................................................................................. 48

4.2 获取物理内存和建立物理内存到进程虚拟地址的映射 ............................................ 48

4.2.1 非匿名映射；从 buddy 系统获取物理内存；一次性映射完毕 ..................... 49

4.2.2 非匿名映射；从 buddy 系统获取物理内存；缺页机制一页一页的映射 ..... 52

4.2.3 非匿名映射；使用 reserve 的物理内存；一次性映射完毕； ........................ 53

4.2.4 非匿名映射；使用 reserve 的物理内存；缺页机制一页一页的映射不可能 54

4.2.5 匿名映射；从 buddy 系统获取物理内存；一次性映射完毕不可能 ........... 54

4.2.6 匿名映射；使用 reserve 的物理内存；一次性映射完毕不可能 .................. 55

4.2.7 匿名映射；使用 reserve 的物理内存；缺页机制一页一页的映射不可能 .... 55

4.2.8 匿名映射；从 buddy 系统获取物理内存；缺页机制一页一页的映射； ..... 55

4.3 释放物理内存和摧毁物理内存到进程虚拟地址的映射 ............................................ 56

4.4 进程虚拟空间的创建过程 ............................................................................................ 57

5. 内核空间和进程空间的交互 .................................................................................................. 65

5.1 内核 mmu 页表和用户 mmu 页表 ............................................................................... 65

5.2 内核空间和用户空间交互函数 .................................................................................... 67

6. Linux 缺页处理 ....................................................................................................................... 69

7. 内存管理体系建立流程 .......................................................................................................... 70

7.1 内核自解压缩代码： .................................................................................................... 71

7.2 内核汇编代码： ............................................................................................................ 71

7.3 内核启动流程 C 代码阶段（start_kernel） ................................................................ 71

模

块

寄

存

器

空

间

Norflash/ROM

Sdram/ddr

0x0000 0000

0x0020 0000

0x6000 0000

SDIO

CLKRST

0x6000 2000

0x6000 4000

0x6000 5000

0x6000 0000

0x7000 0000

0x8000 0000

0xc000 0000

Sram

0x2000 0000

0x2010 0000

典型的物理内存组织

一个典型的物理内存如上组织，最少只需要 3 大块空间（sram 不一定要有）就行（像

我们公司的芯片的硬件 remap功能，很多 SOC系统没有，因此也就不作为典型的来描述了）：

1. 0x0000 0000 起的 Norflash 或者 ROM 空间：用来存储 bootloader；

2. 0x2000 0000起为 SOC系统的高速片内存储；假定为 1M(也可以是采用类似 s3c2410

等的，某个 bank 上的存储)

3. 各个硬件模块的寄存器空间：每个模块实际占用的空间都比较小，但一般都是 4k

对齐的；因此会有很多空洞；

4. sdram/ddr 空间：linux 程序运行的主要空间；我们设定其大小为 1G Bytes；这样

有典型意义些；好分析 high mem。

以上 4 个区域：

1. Norflash/ROM 主要是运行 bootloader；一般情况下，Linux 系统不会运行在这个空

间（特殊情况除外）；因此一旦 boot 完毕，跳转到 Linux 内核代码开始执行一段代

码后（启用了 mmu,进行了一些初始化后），Linux 系统就不会再使用这些空间。

2. sram 空间比较小，可以归 Linux 系统进行分配（归为 high mem）；也可以 Linux

内核不分配；但是肯定不是用来运行 Linux 的。

3. 寄存器空间由 Linux 的 IO 系统进行管理；其使用上分为静态使用和动态使用。

 静态使用由系统初始化时进行地址空间的映射；由 machine 的 map_io 函数调

用函数 iotable_init 来进行；内核移植时需要提供一个 map_desc 数组，用来指

定虚拟地址，物理地址，长度，属性；映射到虚拟地址中内核空间的一个 reserve

区域；同时记录下内核虚拟地址以供后来软件使用。

 动态使用需要由各个内核模块调用函数 ioremap 函数；将物理 IO 地址（寄存

器空间）映射到 VMALLOC_START 和 VMALLOC_END 之间；然后基于这段

内核虚拟地址使用。

4. sdram/ddr 空间由 Linux 的 mem 系统进行管理；分为 Linux 内核分配和 Linux 内

核不负责分配两种。（为什么用分配，而非管理 2 字呢？？因为实际上还是都会有

一些管理的，比如我们要将一段物理内存映射到内核空间，或者用户空间，还是需

要 Linux 内核进行管理的；还有比如我们用 request_mem_region 的方式，向系统

申请一段物理空间时（严格的说，这也不叫做申请，只是 IO 管理的一部分；主要

是让 linux 内核帮忙 check 是否有冲突用；并不是 Linux 内核分配一段空间）；linux

内核都要进行一些管理）。

 Linux 内核分配：由 Linux 内核的 buddy 系统管理起来的区域。这部分区域的

信息在 start_kernel 时，统计在结构体： struct meminfo meminfo;

（linux\arch\arm\mm\init.c）中；具体的见文章《内存管理分析之_内核启动时

如何了解物理内存参数.pdf》；其有 2 种方法（也可以说是 3 种方法）；来填充

meminfo：start_kernel-> setup_arch 里面。

i. 通过 machine 的 mdesc->fixup 函数；

ii. 通过 bootloader 传入的 cmdline，或者内核 menuconfig 里面指定的 cmdline

mem=768M（格式为 mem=size@start)；

结构体如下：

struct meminfo {

int nr_banks;//记录有多少个 bank

struct membank bank[NR_BANKS];//每个 bank 的信息

};

struct membank {

unsigned long start;//bank 起始物理地址

unsigned long size;// bank 物理空间大小

unsigned short node;//属于哪个 node

unsigned short highmem;//是否是 highmem；最初不标记，由后面的程序填

写

};

最简单的情况，如果我们只在 menuconfig 里面指定的 cmdline mem=768M；

则最终整理出来如下：

struct meminfo {

int nr_banks =1 ;

struct membank bank[NR_BANKS];//每个 bank 的信息

};

struct membank {

unsigned long start = PHYS_OFFSET（我们在 machine 的 memory.h 里面指

定为 0x8000 0000）;

unsigned long size=768*1024*1024; 命令行传入的 768M

unsigned short node = 0; 一般只有一个 0 号 node

unsigned short highmem=0;是否是 1 由后续程序处理

};

如果我们将 sram 区域也传递给 Linux 内核了，将变为：

struct meminfo {

int nr_banks =2 ;

剩余72页未读，继续阅读

评论收藏

内容反馈

wangmei11

2015-01-26

很不错，假如能有例子就能好了
qqcaoer

2014-06-28

这个对于内存管理有帮助
pizi620

2015-01-08

很好，非常不错的资料
lsg858

2013-05-07

很好的一篇资料
hyg117505552

2015-08-03

很不错，谢谢楼主的无私分享

前往

页

xie_keyang

粉丝: 0
资源: 6

Linux学习心得——内存管理方法

Linux学习心得——内存管理方法[归纳].pdf

linux学习资料——内存管理

linux源代码分析之内存管理

linux内存管理源代码导读

linux内核笔记——进程管理_80386基础

linux学习手册——常见的指令

linux 标准IO——学生信息管理

Linux学习笔记——入门资料

ARM&LINUX学习笔记——ARM&LINUX学习笔记

在Windows上学习Linux——Linux系统管理篇.pdf

Linux系统学习心得

深度探索Linux操作系统——系统构建和原理解析

ARM LINUX 嵌入式培训——北京

Linux EDA虚拟机——个人学习IC设计的芯片环境

Linux学习心得体会

linux 彩色输出 ————彩色的命令行 —— 使用 ANSI 色彩代码.doc

Linux平台转接——FlashFXP

Linux学习宝典——一本好书

linux aarch64架构libreoffice安装包

（牛客网C++课程）Linux 高并发Web服务器项目实战（带定时检测代码）

jdk-8u371-linux-x64.tar.gz

openssh-server离线安装包

VisualGDB 5.6 R9//支持VS2008-VS2022

centos 7.6版本 ISO镜像下载

linux下nginx离线安装包及相关依赖包（附教程）

tongweb7.0，windows和linux安装包

rufus-4.1.exe 版本 4.1 (2023.05.31)

vdhcoapp-linux-x86-64.tar-2.0.19

最新资源