深入探究Linux内存管理 (linux中的内存管理)

操作系统是计算机系统中最核心的部分，其主要任务是管理硬件资源，提供应用程序需要的服务，并保证系统的可靠性和安全。而Linux作为一种自由、开放源代码的操作系统，在世界范围内得到了广泛的应用和支持。其中，内存管理是Linux操作系统中最重要的一部分。

一、Linux内存结构

Linux内存结构以虚拟地址为基础，其主要分为用户空间和内核空间两部分。其中用户空间的起始地址从0开始，到更高可用地址，其大小由内存本身和内存寻址能力决定。而内核空间是独立的，保证内核程序不会受到用户程序的干扰。

Linux还通过页面机制进行内存管理，将内存划分成大小相等的内存页，一般为4KB。为了管理这些内存页，Linux将其分成两个区域：低端内存和高端内存。低端内存指的是等于或小于896MB的物理内存；而高端内存是指那些大于896MB的内存。

二、Linux内存管理

Linux内存管理主要包括内存分配、内存释放和内存回收三个方面。

1.内存分配

在Linux内存分配中，主要借助了slab缓存技术，将一部分内存预先分配并缓存起来，实现快速分配和回收操作。slab是一种高效的内存管理方式，通过预先缓存对象并分配内存，以加快分配对象的速度。

具体来说，slab缓存机制可以分为三部分：中央缓存，对象缓存和slab分配器。其中，中央缓存是一个公共的区域，为所有的对象存储分配提供支持。对象缓存则是一个用于存储对象的缓存区，该区域被分成小的块，并将某些类似的对象分配到不同的块中。而slab分配器则是用于管理对象缓存和处理内存的一种机制。

2.内存释放

内存释放与内存分配相反，是将不再使用的内存块还回系统，以供其他程序使用。在Linux中，内存释放可以通过“free”或“kfree”函数来实现。如在释放全部使用的页面时，可以使用“__free_pages()”函数，并传递需要释放的页面和数目。

3.内存回收

内存回收是Linux内存管理中最复杂的部分，主要涉及了页面缓存、slab缓存和用户分配的页面回收等。

在页面缓存方面，Linux内核会通过page cache缓存已读取的磁盘块，以便在需要时可以再次访问。但是，随着时间的推移，这些页面缓存可能被新的数据覆盖，并且不再被需要。这时，Linux通过缓存回收机制将这些页面回收，以便为系统留出更多空间。

而在slab缓存回收方面，当对象缓存中的某个对象不再需要时，相关的slab缓存将被回收。同时，Linux也可以通过内存压缩来回收空间，以减少内存使用。

三、Linux内存管理策略

为了更好地管理内存资源，Linux引入了一系列内存管理策略。

其中，伙伴系统是一种用于处理大块内存分配的技术，它将内存分割成一系列大小相等的块，并通过free_areas来维护可用的内存区域。而内存回收策略则包括按需分配、懒惰分配和预留分配等。

同时，Linux还引入了NUMA架构支持、hugepage优化和THP(Transparent Huge Pages)等技术。其中，NUMA架构是Linux对非一致内存访问架构的支持，通过将内存分成一系列内存节点，提升内存分配和访问效率。而hugepage和THP则可以更高效地处理大块内存的分配和使用。

四、

总而言之，Linux内存管理是Linux操作系统中最核心的部分之一，其涉及了内存结构、内存管理和策略等多个方面。通过深入了解Linux内存管理，我们可以更好地理解Linux操作系统的内部工作原理，为我们今后使用Linux系统提供更多的支持和帮助。