1.頁

? ? ? ?芯作為物理頁存儲器管理的基本單元，MMU（內存管理單元）中的頁表，從虛擬內存的角度來看，頁就是最小單位。

? ? ? ?內核用struct page結構來標識系統中的每個物理頁。它的定義例如以下：

? ? ? ?flag域用來存放頁的狀態（是不是臟的。是不是被鎖定在內存中等等）。_count表示這一頁被引用了多少次。當次數為0時，表示此頁沒有被引用，于是在新的分配中就能夠使用它。virtual域是頁的虛擬地址。

2.獲得頁

? ? ? ?內核提供了一種請求內核的底層機制，并提供了對它進行訪問的幾個接口。

全部這些接口都以頁為單位分配內存，當中最核心的函數是：

? ? ? ?該函數分配2的order次方個連續的物理頁，并返回一個指針，該指針指向第一個頁的page結構體。gfp_mask是一個標識，它能夠分為三類：行為修飾符、區修飾符以及類型。它可取的值例如以下：

? ? ? ?獲得填充為0的頁：

? ? ?分配一個頁，讓其填充為0，并返回其邏輯地址。

? ? ?底層頁的分配方法總結例如以下：

? ? ?

3.kmalloc()與vmalloc()

? ? ?kmalloc()函數與用戶空間malloc()一族函數很類似。它是一個簡單的接口。分配以字節為單位的內存塊。vmalloc()函數的工作方式類似于kmalloc()函數。僅僅只是vmalloc()函數分配的內存是虛擬地址連續的，而物理地址無需連續。這也是用戶空間的分配方式：由malloc()函數返回的頁在進程的虛擬地址空間內是連續的，可是，這并不保證它們在物理RAM中也連續。而kmalloc()函數則確保分配的內存在物理地址上是連續的（在虛擬地址上自然也是連續的）。

4.slab層

? ? ? 分配和釋放數據結構是全部內核中最普遍的操作之中的一個。為了便于數據的頻繁分配和釋放，通常實現一個空暇鏈表。

當須要一個新的數據結構的實例時，就從空暇鏈表分配一個出來。當不在須要某個數據結構的實例時，則將它放入到空暇鏈表中。而不需釋放它。

? ? ? ?這也帶來的問題是內核無法全局控制空暇鏈表。當內核緊缺時，內核無法通知每個空暇鏈表。讓其收縮緩存的大小以釋放一些內存出來。為了彌補這一缺陷。Linux提供了slab層，扮演數據結構緩存層的角色。

? ? ? ? slab層把不同的對象劃分為快速緩存組中。當中每一個快速緩存都存放不同類型的對象。每種對象類型相應一個快速緩存。比如，一個快速緩存用于存放進程描寫敘述符（task_struct結構），而還有一個快速緩存存放索引節點對象（struct inode）。

? ? ? ? 然后，這些快速緩存又被劃分為slab。slab由一個或多個物理上連續的頁組成。每個slab都包括一些對象成員，這里的對象是指被緩存的數據結構。每個緩存都處于三種狀態之中的一個：滿、部分、空。

? ? ? ? 作為一個樣例，讓我們考察一下inode結構，該結構是次配索引節點在內存中的體現。這些數據結構會頻繁地創建和釋放。因此，struct inode就由inode_cachep快速緩存進行分配。這樣的快速緩存由一個或多個slab組成。每一個slab包括盡可能多的對象。當內核請求分配一個新的inode結構時，內核就從部分滿的slab或空slab中分配一個inode。下圖小時了快速緩存、slab以及對象之間的關系。

? ? ? ?每一個快速緩存都是用kmem_cache_s結構來標識的。這個結構包括三個鏈表slabs_full、slabs_partial、slabs_empty，均放在kmem_list3結構內。鏈表包括了快速緩存中的全部slab。slab描寫敘述符struct slab用來描寫敘述每一個slab：

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的《Linux内核设计与实现》内存管理札记的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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