Linux物理内存管理.ppt

物理内存空间管理 数据结构 基于Buddy算法的内存页面管理 基于slab算法的内存分区管理 物理内存空间管理 数据结构 分页管理结构 设置了一个mem_map[]数组管理内存页面page, 其在系统初始化时由 free_area_init()函数 创建。数组元素是一个个page结构体，每个 page结构体对应一个物理页面。 page结构定义为mem_map_t类型，定义在/include/linux/mm.h中： 物理内存空间管理 说明： Count 共享该页面的进程计数 Age 标志页面的“年龄” Dirty 表示该页面是否被修改过 prev和next： 把page结构体链接成一个双向循环链表 prev_hash和next_hash 把有关page结构体连成哈希表 物理内存空间管理 inode和offset： 内核以节点和其上的偏移为键值，将页面组织成哈希表。 Wait 等待该页资源的进程等待队列指针 Flag 页面标志 map_nr 该页面page结构体在mem_map[]数组中的下标值，也就是物理页面的页号。 Linux进程与物理内存的关系 见P300图16-25 物理内存分配与回收 Buddy算法-伙伴算法 Linux对空闲内存空间管理采用Buddy算法。 Buddy算法 把内存中所有页面按照2n划分，其中n=0~5，每个内存空间按1个页面、2个页面、4个页面、8个页面、16个页面、32个页面进行六次划分。 物理内存空间管理 划分后形成了大小不等的存储块，称为页面块，简称页块。包含1个页面的页块称为1页块，包含2个页面的称为2页块，依此类推。 每种页块按前后顺序两两结合成一对Buddy“伙伴” 系统按照Buddy关系把具有相同大小的空闲页面块组成页块组，即1页块组、2页块组……32页块组。 每个页块组用一个双向循环链表进行管理，共有６个链表，分别为1、2、4、8、16、32页块链表。 分别挂到free_area[] 数组上。 物理内存空间管理 位图数组 标记内存页面使用情况，第0组每一位表示单个页面使用情况，1表示使用，0表示空闲，第2组每一位表示比邻的两个页面的使用情况，依次类推。默认为10个数组。 当一对Buddy的两个页面块中有一个是空闲的，而另一个全部或部分被占用时，该位置1。 两个页面块都是空闲，或都被全部或部分占用时， 对应位置0。 物理内存空间管理 内存分配和释放过程 内存分配时，系统按照Buddy算法，根据请求的页面数在free_area[]对应的空闲页块组中搜索。 若请求页面数不是2的整数次幂，则按照稍大于请求数的2的整数次幂的值搜索相应的页面块组。 物理内存空间管理 当相应页块组中没有可使用的空闲页面块时就查询更大一些的页块组， 在找到可用的空闲页面块后，分配所需页面。 当某一空闲页面块被分配后，若仍有剩余的空闲页面，则根据剩余页面的大小把它们加入到相应页块组中。 物理内存空间管理 内存页面释放时，系统将其做为空闲页面看待。 检查是否存在与这些页面相邻的其它空闲页块，若存在，则合为一个连续的空闲区按Buddy算法重新分组。 物理内存空间管理 物理内存空间管理 物理内存空间管理 交换机制 页面交换守护进程kswapd（） 是一个无限循环的线程，完成页面交换工作，保证系统内有足够内存。 Linux将页面分为活跃状态、非活跃”脏“状态、非活跃”干净“状态。需要时，将非活跃”脏“状态页面内容写入到外存交换空间，并将该页面从”脏“队列移动到”干净“队列。回收页面总是从非活跃”干净“链表队列中进行 物理内存空间管理 Slab算法 采用buddy算法，解决了外碎片问题，这种方法适合大块内存请求，不适合小内存区请求。如：几十个或者几百个字节。 Linux2.0采用传统内存分区算法，按几何分布提供内存区大小，内存区以2的幂次方为单位。虽然减少了内碎片，但没有显著提高系统效率。 物理内存空间管理 Linux2.4采用了slab分配器算法 该算法比传统的分配器算法有更好性能和内存利用率，最早在solaris2.4上使用。 物理内存空间管理 Slab分配器思想 小对象的申请和释放通过slab分配器来管理。 slab分配器有一组高速缓存，每个高速缓存保存同一种对象类型，如i节点缓存、PCB缓存等。 内核从它们各自的缓存种分配和释放对象。 每种对象的缓存区由一连串slab构成，每个slab由一个或者多个连续的物理页面组成。这些页面种包含了已分配的缓存对象，也包含了空闲对象。 slab分配器 Linux内核中有许多内存动态分配的需求，而其中的对象大小也参差不齐，L