详解Linux内核内存管理架构

2019-01-16 21:26:54于海丽

不同的CPU体系架构在地址空间划分上不尽相同,但为了保证CPU体系差异对外部模块不可见,内存地址空间的分配接口的语义是一致的。

因为64位CPU一般都不需要高端内存(当然也可以支持),在地址空间划分上与32位CPU的差异较大,下图是一个MIPS64 CPU的内核地址空间划分图。

内存管理软件架构

内核内存管理的核心工作就是内存的分配回收管理,其内部分为2个体系:页管理和对象管理。页管理体系是一个两级的层次结构,对象管理体系是一个三级的层次结构,分配成本和操作对CPU cache和TLB的负面影响,从上而下逐渐升高。

页管理层次结构:由冷热缓存、伙伴系统组成的两级结构。负责内存页的缓存、分配、回收。

对象管理层次结构:由per-cpu高速缓存、slab缓存、伙伴系统组成的三级结构。负责对象的缓存、分配、回收。这里的对象指小于一页大小的内存块。

除了内存分配,内存释放也是按照此层次结构操作。如释放对象,先释放到per-cpu缓存,再释放到slab缓存,最后再释放到伙伴系统。

框图中有三个主要模块,即伙伴系统、slab分配器和per-cpu(冷热)缓存。他们的对比分析如下。

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