Linux内核代码分析之内存管理

Linux内核代码分析

之 内存管理

第一章 linux内存管理之伙伴系统分析(大内存分配)

在内核模块的编写中,我们用alloc_page()/alloc_pages()来分配大内存(超过一个页面,即4K).用free_page()/free_pages()来释放

用前者分得的内存.今天我们就来分析一下,在linux内核中大内存分配的实现.

跟以往一样.本文的代码分析是基于linux 2.6.9的

本文档包括：

一：准备知识

二：有关的数据结构

三：alloc_pages()/alloc_page 实现分析

四：free_pages()的相关实现

五：总结

一:准备知识:

一个操作系统的内存管理方式很大程度上决定了它的效率,时间与空间的对立统一在内存管理上体现得最为明显,首先,分配/释放

内存是一个发生频率很高的操作,所以它要求有一定的实时性,另外,内存又是一种非常宝贵的资源.所以要尽量减少内存碎片的产

生.

Linux采用了伙伴系统算法来管理内存,即把内页按2^0,2^1,2^2…2^10大小进行分组.每次分配内存时,从相应大小的池中分

配内存,然后再把余下的内存分配给它的下一级缓存池.

如下图所示:

关于分配位图:

在linux中,每一

个大小的缓存池都对应一个位图,然后,位图中的每一位对应一对空闲区的空闲标志.每分配一个分配区,都对相应的位图取反.例如:

位图管理A,B两个分配块.初始化的时候,该位图置为0.此时,若把A分配出去,更新位图为1.若再把B分配出去,再取反,变为了0.

仔细思考,不难发现有以下规律:

若位图为0:表示两个分配块都空或者都已经分配出去.

若位图为1:表示其中有一个已经分配出去,有一个空闲

特别的,关于分配位图,有几点值得注意的地方:

1:位图的大小只跟总内存有关,跟当前缓存池的空闲内存无关.

例如:总内存为style="font-size: 9pt;" lang="EN-US"4M的系统.总共有style="font-size: 9pt;" lang="EN-US"4M/4K = 1024个页

那对应的.

2^0位图有style="font-size: 9pt;" lang="EN-US"1024/1/2 512项

2^1位图有style="font-size: 9pt;" lang="EN-US"1024/2/2= 256项

……

2^10位图有1024/2^10/2 1项

(除以2是因为 1位表示二个页面)

2:为什么一位要管理一对内存呢?其实这是为了更好的管理伙伴系统而设计的,当然,也有减少位图大小的因素

如下图所示

位图1表示A,B的分配情况,位图2

表示C,D的分配情.况.A.D已经分配

出去了,B,C处于空闲状态

上图中,虽然B,C处理连续的页,且都空闲,但不可以把B,C合位为一块大内存.

face="Times New Roman"

二:有关的数据结构.

我们以NUMA配置来分析伙伴系统算法中所涉及的数据结构

系统中,每一个页面对应一个页描述符,它的结构如下:

struct page {

page_flags_t flags; //页面所对应的标志,这跟页表项的标志是不一样的

atomic_t _count; //页面引用计数

atomic_t _mapcount; //有多少个页表项映射到了此页面

unsigned long private; //私有数据区,我们在以后将要看到的交换与磁盘高速缓存中会有关于这个成员的使用

struct address_space *mapping; //用于磁盘高速缓存,以后分析

pgoff_t index; //同上

struct list_head lru; //LRU链表,链至管理区的相应链表中

#if defined(WANT_PAGE_VIRTUAL)

void *virtual; /* Kernel virtual address (NULL if