linux内存管理器子系统

今天学习了一下linux的内存管理子系统。这里总结一下。

linux系统的结构图如下所示：



它有好几个部分组成：硬件架构部分（ARCH）、设备驱动、内存管理、网络栈、进程管理、VFS、系统调用接口。今天简单介绍一下内存管理子系统——memory managementa。

内存管理子系统主要有这几个工作：

（1）虚拟地址空间分布

（1）负责虚拟地址与物理地址的映射

（2）物理地址的分配管理

先简单介绍虚拟地址空间分布，如下图所示：



右边红框是linux的虚拟地址空间分布。一些芯片的数据手册中介绍的某些寄存器的地址是物理地址，用汇编语言直接操作寄存器的时候会用到物理地址。在linux系统中，或者在软件编程中，使用的往往是虚拟地址。虚拟地址空间范围有CPU决定，地址总线为32位的CPU，它的虚拟地址空间容量有2^32=4GB的空间。

如上图，linux虚拟地址空间分为用户空间和内核空间两大部分。0~3G是用户空间，3G~4G是内核空间。（以S5PV210为例）

内核空间又分为四个区域：直接映射区、vmalloc区、永久内核映射区、固定映射线性去。这四个区域在虚拟地址到物理地址的映射上有一定区别。

1、用户空间到物理地址的映射。原来如下图



cr3寄存器中存放有页目录基地址，与虚拟地址的高10位页目录偏移量相加，可以找到页目录里面的一个页目录项。页目录项存放着一个页表的基地址，该基地址与虚拟地址的中间第12—21位的页表偏移量相加，即可找到一个物理页的基地址。物理页的基地址，加上虚拟地址的低12位的物理页偏移量，即可得到实际屋物理页中的物理存储单元。一个物理页大小4kb

2、内核空间虚拟地址到物理地址的映射

（1）直接映射区：

该区域范围是：3G——>3G+896MB。该区域的虚拟地址=3G+物理地址。因此，虚拟地址减去3G即可得到物理地址。物理地址中，896MB以后的区域成为高端区，896MB以内区域（0~896）称为低端区域。直接映射区对应的物理地址是低端区。所以叫它直接映射区。

（2）vmalloc区：该区域虚拟地址即可访问高端区域，也可访问低端区域。与物理地址之间没有简单映射关系。

（3）永久映射区：固定用来访问物理地址为896MB~1G的高端内存的。

 

（4）固定映射线性区：此区域的虚拟地址用来访问一些固定的寄存器。

除了直接映射区外，其他区域都要通过相应页目录跟页表来映射到物理地址。

最后介绍一下物理内存的分配管理。如下图



用malloc、fork、excute、mmap申请内存空间时，返回的虚拟地址并没有与物理地址相对应，即实际上没有分配物理地址，仅当访问虚拟地址时，才会分配物理内存。

但是用Kmalloc申请内存空间时，返回的虚拟地址已经跟物理地址相对应，即已经分配了物理地址。

以上讲的所有操作都是有内存管理子系统完成的。欢迎拍砖。