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Linux的内存管理是一个非常复杂的过程，主要分成两个大的部分：内核的内存管理和进程虚拟内存。内核的内存管理是Linux内存管理的核心，所以我们先对内核的内存管理进行简介。  一、物理内存模型 物理内存模型主要分为两种：UMA（Uniform Memory Access）和NUMA（Non-Uniform Memory Access）。UMA模型是指物理内存是连续的，SMP系统中的每个处理器访问各个内存区都是同样快的；而NUMA模型则是指SMP中的每个CPU都有自己的物理内存区，虽然CPU可以访问其他CPU的内存区，但是要比方位自己的内存区慢得多。我们一般使用的物理模型都是UMA模型。为了NUMA模型，Linux提供了三种可能的内存布局配置：Flat Memory, Sparse Memory, Discontiguous Memory。 Flat Memory就是简单的线性组织物理内存，一般没有内存空洞的UMA架构都采用这种配置。对于NUMA模型，一般只能采用后两者，而后两者的区别主要在于：Sparse Memory配置一般认为是试验性的，不是那么稳定，但是有一些新的功能和性能优化，而Discontiguous Memory配置一般认为是稳定的，但不具有内存热插拔之类的新特性。  二、物理内存组织 物理内存的组织主要分为两个部分：节点（node）和内存与内存域（zone）。node主要针对NUMA设计，在NUMA的SMP系统中，每个处理器都有一个自己的node，而在UMA模型中则只有一个node。对于每个node中的内存，Linux分成了若干内存域，定义在mmzone.h的zone_type中，常用的有ZONE_DMA、ZONE_DMA32、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGHMEM和ZONE_MOVABLE。其中ZONE_NORMAL是最为常用的，表示内核能够直接映射的一般内存区域；ZONE_DMA表示DMA内存区；ZONE_DMA32表示64位系统中对于32位DMA设备使用的内存；ZONE_HIGHMEM表示在32位系统中，高地址内存的区域；ZONE_MOVABLE与伙伴系统的内存碎片消除有关。后文会详细介绍相关部分。 在物理内存管理过程中有一些名词：   Page Frame（页帧，或称页框）：是系统内存管理的最小单位，系统中每个页框都是struct page的一个实例。IA-32系统的页框大小是4KB。  Hot-n-Code Pages（冷热页）：是指内存管理中对页框的分类，访问较多的或者近期访问的为热页，否则为冷页。该标记主要与内存换出（memory swap）相关。  Page Table（页表）：是内存寻址过程中的辅助数据结构。层次化的页表对于大地之空间的快速、高效管理很有意义。Linux一般支持四级页表：PGD（Page Global Directory）、PUD（Page Upper Directory）、PMD（Page Middle Directory）和PTE（Page Table Entry）。IA-32体系中默认只是用了两级分页系统，即只有PGD和PTE。  三、X86架构下的内存布局  内核在内存中的布局 Linux的内核在初始化的时候会被加载到内存区的固定位置（在此我们不讨论可重定位内核的情况），而内核所占用的内存区域的布局是固定的，如图： 内存第一个页框不实用，主要被BIOS用来初始化；之后的连续640KB内存也不被内核使用，主要用来映射各种ROM（通常是BIOS和显卡ROM）；再之后的空间是闲置的，原因是内核要被放在连续的内存空间。在0x100000开始为内核部分，分别是代码段、数据段和附加段。  IA-32架构的布局 IA-32架构可以访问4GB的地址空间（不考虑PAE），常规情况下会将4GB线性空间划分成3:1的两部分：低地址的3/4部分为用户空间，而高地址的1GB是内核空间，即内核地址空间从偏移量0xC0000000开始，每个虚拟地址x都对应于物理地址x-0xC0000000。这样的设计加快了内核空间寻址的速度（简单的减法操作）。在进程切换的过程中，只有用户空间的低3GB内存对应的页表会被切换，高地址空间会公用内核页表。 IA-32架构的这种设计存在着一个问题：既然内核只能处理1GB的空间（事实上，内核处理的空间还不足1GB，后面会详细说明），那么如果物理内存大于1GB，剩下的内存将如何处理？这种情况下，内核将无法直接映射全部物理内存，这样就用到了上面所说的高地址内存域（ZONE_HIGHMEM）。具体的内存分配如下图： 能够看到内核区域的映射从__PAGE_OFFSET（0xC00000）开始，即3GiB位置开始映射到4GiB，开始的一段用来直接映射，而后