Linux系统的内存管理技巧总结

在深入探讨Linux系统的内存管理技巧之前，我们先来理解一下内存管理的基本概念。在Linux操作系统中，内存管理是至关重要的，它确保了系统的稳定性和效率。内存管理涉及到如何分配、回收和共享内存，以及如何处理内存访问权限等问题。 1. **mem_map数组的特殊设计**： Linux内核的`mem_map`数组用于跟踪物理页面的状态。它从1MB开始记录，而不是从0开始，这是因为在早期的硬件设计中，0-1MB的地址空间通常保留给BIOS和其他固件使用。数组中的值大于1表示物理页面被多个线性地址共享。 2. **共享页面计数**： `mem_map[i]`的值大于1意味着同一物理页面被多个线性地址映射，例如在`copy_page_table()`函数中，会增加共享计数。 3. **刷新页变换缓冲**： 刷新页变换缓冲，通常通过`invalidate()`函数实现，发生在以下几种情况： - `free_page_tables()`：释放页表时需要刷新，确保页表项不再指向已释放的页面。 - `copy_page_tables()`：复制页表项时，可能需要更新页表项的引用计数和权限。 - `un_wp_page()`：解除页面的写保护状态，如果页面被共享，可能需要复制页面以保持数据一致性。 - `try_to_share()`：尝试共享页面，如果成功，需要更新页表项和共享计数。 4. **写时复制(Copy-On-Write, COW)**： - `copy_page_tables()`：当试图修改只读页面时，它会创建一个新的页表项，使原始和新页目录项和页表项都为只读。 - `do_wp_page()`：处理页面写保护的函数，触发COW机制。 - `un_wp_page()`：检查页面是否被共享，如果是，则复制页面，分配新的物理页面给写进程，保持数据一致性。 5. **COPY_SPACE(addr)**： 这个术语没有在标准的Linux内存管理中找到，可能是特定代码或场景下的用法，需要更多上下文来解释其具体含义。 6. **释放页面的处理**： 在`free_page_table()`中，当物理页面被多个线性地址共享时，`mem_map[addr]--`操作会减少计数，但不会立即设置为0。如果计数为0，才表明页面可以安全释放。如果计数大于0，表示仍有其他引用，不应直接设为0，这是为了保持共享状态的正确性。 7. **页目录项和页表项的计算**： 这部分描述了如何从线性地址计算对应的页目录项和页表项的物理地址。`addr>>22`得到页目录项的索引，与0xffc相与去掉页表项的低两位，得到页目录项的实际地址。对于页表项，`addr>>0`获取页内偏移，与0xffc相与，再结合页目录项的物理地址计算出页表项的物理地址。 8. **取线性地址的页表项物理地址**： 类似于7的计算，但这里还包括了对页表项的计算，结合页目录项的物理地址和页内偏移得到页表项的物理地址。 以上就是Linux系统内存管理的一些关键点，包括物理页面的共享、页表操作、写时复制机制以及地址转换等。理解这些概念有助于优化和调试Linux系统，特别是在处理内存分配和回收时。如果你对某些细节有疑问或需要进一步的解释，可以通过邮件xuyufei13@gmail.com与作者联系。