第章 内存管理.ppt

第四章 内存管理 内存管理 内存管理子系统是操作系统的重要组成部分，它的主要任务是： 管理系统中的内存资源，提供高效地分配和回收内存资源的手段； 提高内存的利用率，减少对内存的浪费，充分发挥内存的作用。 Linux共实现了五个内存管理器，它们是： 物理内存管理器 内核内存管理器 虚拟内存管理器 内核虚拟内存管理器 用户空间内存管理器 内存管理 4.1 物理内存管理器 物理内存管理器管理的基本内存单位是物理页，每个物理页用一个page结构描述，所有的page结构组成一个mem_map[]数组。 typedef struct page { struct page *next; struct page *prev; struct inode *inode; unsigned long offset; struct page *next_hash; // 用于页缓存 atomic_t count; unsigned long flags; struct wait_queue *wait; struct page **pprev_hash; // 用于页缓存 struct buffer_head * buffers; } mem_map_t; 4.1 物理内存管理器 4.1 物理内存管理器 系统中所有的空闲页都记录在数组free_area[]中。 struct free_area_struct { struct page *next; struct page *prev; unsigned int *map; }; struct free_area_struct free_area[NR_MEM_LISTS]; NR_MEM_LISTS的值是10或12。 该数组已经建立并初始化。 4.1 物理内存管理器 位图map用于记录页块及其伙伴是否在队列中，两个伙伴合用一位，其意义如下： 1）如两伙伴全都不在队列中（已分配或已组成了更大的块），它们合用的位为0； 2）如一个伙伴在队列中，一个不在队列中，则它们合用的位为1； 3）如两个伙伴都在队列中，则它们应该合并成更大的块，加入到free_area[]数组中更上面的队列，所以它们合用的位应为0； 4）在free_area数组的最大一个队列中，位图无用。 位图的大小 = 物理页数 / 2i 位，i是队列在数组free_area[]中的索引。（应该是物理页数 /2（i+1））。 4.1 物理内存管理器 用第一个物理页的page结构代表大小为 2i 页的连续物理页块，用它的编号代表整个页块的编号。 大小为2i、编号为map_nr的页块的伙伴是： map_nr ^（-（（~0） i）） 这两个伙伴在位图free_area[i]-map中共用的标志位是： (map_nr) ( 1 + i ) 如：页块8、9、10、11（代表是8）的伙伴是12、13、14、15（代表是12），它们在位图free_area[2]- map中共用第1位。 4.1 物理内存管理器 4.1 物理内存管理器 物理内存管理器使用向量表free_area[]来分配和回收物理页。 全局变量nr_free_pages记录系统中当前的空闲页数。 全局变量freepages为系统中的空闲物理内存划了三条基准线。 typedef struct freepages_v1{ unsigned int min; unsigned int low; unsigned int high; } freepages_v1; typedef freepages_v1 freepages_t; freepages_t freepages ； 4.1 物理内存管理器 分配原则（该原则在不断变化）： 当系统中空闲物理页数少于freepages.min时，应该回收内存； 一旦开始内存回收，每次分配前都要进行回收，直到系统中空闲物理页数大于freepages.high； 当系统中空闲物理页数大于freepages.high时，每次都直接进行内存分配，直到空闲物理页数再次小于freepages.min； 当系统中空闲内存数大于freepages.high时，可以立刻进行内存分配。 4.1.2 物理页分配 物理内存管理器使用伙伴（Buddy）算法分配和释放物理页块，页块大小为2i个页。 物理内存管理器返回的是在内核空间中看到的内存块的起始地址（物理地址+0xC0000000）。 物理内存的分配和释放不影响页目录和页表。 分配函数是__get_free_pages，定义为： unsigned long __get_free_pages(int gfp_mask, uns