linux下内存管理学习心得（一）

最近在学习内存管理的时候，发现对linux下的所谓内存如何管理如何分配都不熟悉，通过最近的查阅资料可总结如下，如有不妥之处欢迎大家批评与指正。

总的的来说linux的内存管理其实主要难理解的是以下几个部分：

1、虚拟地址、物理地址、线性地址、逻辑地址之间的区别。

2、用户地址空间与内核地址空间区别。

3、内核如何分配所谓的地址。

4、一个可执行程序的地址分布以及运行地址分配。

目前我也大概总结这几个，其实这方面的知识肯定很多，但限于能力只能如何，也尽最大努力详细分析其中原委。注：很多是参考了网上的大牛总结的。

一、各地址之间区别

1、虚拟地址

其中各种地址的概念大家都可查阅到，我也就不多说了，虚拟地址就是为了给用户一个更大的使用空间（当然这个使用空间肯定是虚拟了的），然后32位下面用户地址空间也就是虚拟地址空间范围就是0--4GB。其中这个范围又可以划为0--3GB-1用户空间和3GB--4GB-1的内核空间。其中进程都各自有各自的0--3GB-1地址范围而共享3GB--4GB-1的内核空间。更详细的请往下此处不讲为了大家先有个宏观的认识。

1、分页单元中，页目录的地址放在CUP的CR3寄存器中，是进行抵制转换的开始点。

2、每个进程，都有其独立的虚拟地址空间，运行一个进程，首先需要将它的页目录地址放在CR3寄存器中，其他的进程的保存下来。

3、每一个32位的线性地址被划分为三部分：页目录索引（10位）：页表索引（10位）：偏移12位。

装换：

1、先装入进程的页目录地址（调度程序把这个地址装入CR3中）；

2、根据线性地址前10位，在页目录中找到对应的索引项，页目录中的项是一个页表的地址；

3、根据线性地址的中间10位，在页表中找到页的起始地址；

4、将页的起始地址与线性地址的最后12为偏移地址相加最后为物理地址。

二、用户地址与内核地址

Linux 操作系统和驱动程序运行在内核空间，应用程序运行在用户空间，两者不能简单地使用指针传递数据，因为Linux使用的虚拟内存机制，用户空间的数据可能被换出，当内核空间使用用户空间指针时，对应的数据可能不在内存中。

其中内核地址空间是由内核负责映射，它并不会跟着进程改变，是固定的。其中内核空间分布如下：

（1）直接内存映射区

从3G开始，最大896M的线性地址区间，我们称作直接内存映射区，这是因为该区域的线性地址和物理地址之间存在线性装换关系：线性地址=3G+物理地址

（2）动态内存映射区

又内核函数vmalloc来进行分配，其特点是线性空间连续，但物理地址空间不一定连续。

（3）永久内存映射区

使用kmap函数将分配到得896M以上的高端内存映射到该区

（4）固定映射区

特殊用途

用户空间

用户空间是0-3GB-1的空间范围。这里就提前说一下程序镜像加载到运行的过程。

首先二进制程序是放在外部存储器中的，当启动一个进程的时候先分配自己进程的虚拟空间，这个时候将程序镜像加载到内存（具体内核过程下面介绍），如何镜像很大的话先加载一部分（这部分是多大？我还不清楚有待研究），然后这个时候进程的空间就会映射（一定注意是映射，因为根本就没有这样的地址，这只是个虚的），此时该进程好像有了这个镜像了，那么进程执行的时候根据线性地址找到物理地址（内存）中的代码执行。就是这么简单。

三、内核分配内存

在linux操作系统中，每个进程都通过一个task_struct的结构体描叙，每个进程的地址空间都通过一个mm_struct描叙，c语言中的每个段空间都通过vm_area_struct表示，他们关系如下 :

当运行一个程序时，操作系统需要创建一个进程，这个进程和程序之间都干了些什么呢？

当一个程序被执行时，该程序的内容必须被放到进程的虚拟地址空间，对于可执行程序的共享库也是如此。可执行程序并非真正读到物理内存中，而只是链接到进程的虚拟内存中。

当一个可执行程序映射到进程虚拟地址空间时，一组vm_area_struct数据结构将被产生。每个vm_area_struct数据结构表示可执行印象的一部分;是可执行代码，或是初始化的数据，以及未初始化的数据等。

linux操作系统是通过sys_exec对可执行文件进行映射以及读取的，有如下几步：

1.创建一组vm_area_struct

2.圈定一个虚拟用户空间，将其起始结束地址(elf段中已设置好)保存到vm_start和vm_end中。

3.将磁盘file句柄保存在vm_file中

4.将对应段在磁盘file中的偏移值(elf段中已设置好)保存在vm_pgoff中;

5.将操作该磁盘file的磁盘操作函数保存在vm_ops中

注意：这里没有对应 的页目录表项创建页表，更不存在设置页表项了。

假设现在程序中有一条指令需要读取上面vm_start--vm_end之间的某