Linux操作系统知识讲解：走进Linux 内存使用场景

内存使用场景

out of memory 的时代过去了吗？no，内存再充足也不可任性使用。

1、内存的使用场景

page 管理

slab（kmalloc、内存池）

用户态内存使用（malloc、relloc 文件映射、共享内存）

程序的内存 map（栈、堆、code、data）

内核和用户态的数据传递（copy_from_user、copy_to_user）

内存映射（硬件寄存器、保留内存）

DMA 内存

2、用户态内存分配函数

alloca 是向栈申请内存，因此无需释放

malloc 所分配的内存空间未被初始化，使用 malloc（） 函数的程序开始时（内存空间还没有被重新分配） 能正常运行，但经过一段时间后（内存空间已被重新分配） 可能会出现问题

calloc 会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零

realloc 扩展现有内存空间大小

a） 如果当前连续内存块足够 realloc 的话，只是将 p 所指向的空间扩大，并返回 p 的指针地址。这个时候 q 和 p 指向的地址是一样的

b） 如果当前连续内存块不够长度，再找一个足够长的地方，分配一块新的内存，q，并将 p 指向的内容 copy 到 q，返回 q。并将 p 所指向的内存空间删除

3、内核态内存分配函数

函数分配原理最大内存其他_get_free_pages直接对页框进行操作4MB适用于分配较大量的连续物理内存kmem_cache_alloc基于 slab 机制实现128KB适合需要频繁申请释放相同大小内存块时使用kmalloc基于 kmem_cache_alloc 实现128KB最常见的分配方式，需要小于页框大小的内存时可以使用vmalloc建立非连续物理内存到虚拟地址的映射物理不连续，适合需要大内存，但是对地址连续性没有要求的场合dma_alloc_coherent基于_alloc_pages 实现4MB适用于 DMA 操作ioremap实现已知物理地址到虚拟地址的映射适用于物理地址已知的场合，如设备驱动alloc_bootmem在启动 kernel 时，预留一段内存，内核看不见小于物理内存大小，内存管理要求较高

4、malloc 申请内存

调用 malloc 函数时，它沿 free_chuck_list 连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块

free_chuck_list 连接表的主要工作是维护一个空闲的堆空间缓冲区链表

如果空间缓冲区链表没有找到对应的节点，需要通过系统调用 sys_brk 延伸进程的栈空间

5、缺页异常

通过 get_free_pages 申请一个或多个物理页面

换算 addr 在进程 pdg 映射中所在的 pte 地址

将 addr 对应的 pte 设置为物理页面的首地址

系统调用：Brk—申请内存小于等于 128kb，do_map—申请内存大于 128kb

6、用户进程访问内存分析

用户态进程独占虚拟地址空间，两个进程的虚拟地址可相同

在访问用户态虚拟地址空间时，如果没有映射物理地址，通过系统调用发出缺页异常

缺页异常陷入内核，分配物理地址空间，与用户态虚拟地址建立映射

7、共享内存

1） 原理

它允许多个不相关的进程去访问同一部分逻辑内存

两个运行中的进程之间传输数据，共享内存将是一种效率极高的解决方案

两个运行中的进程共享数据，是进程间通信的高效方法，可有效减少数据拷贝的次数

2） shm 接口

shmget 创建共享内存

shmat 启动对该共享内存的访问，并把共享内存连接到当前进程的地址空间

shmdt 将共享内存从当前进程中分离
责编AJX