内存管理课件.pptVIP

4.1.4連續物理區域管理1.Linux的Slab分配器單單分配頁面的分配器是不能滿足要求的。內核中大量使用各種數據結構，大小從幾個位元組到幾十上百K不等，都取整到2的冪次個頁面那是完全不現實的。2.0的內核的解決方法是提供大小為2、4、8、16、...、131056位元組的記憶體區域。需要新的記憶體區域時，內核從夥伴系統申請頁面，把它們劃分成一個個區域，取一個來滿足需求；如果某個頁面中的記憶體區域都釋放了，頁面就交回到夥伴系統。這樣做的效率不高。有許多地方可以改進：不同的數據類型用不同的方法分配記憶體可能提高效率。比如需要初始化的數據結構，釋放後可以暫存著，再分配時就不必初始化了。內核的函數常常重複地使用同一類型的記憶體區，緩存最近釋放的對象可以加速分配和釋放。對內存的請求可以按照請求頻率來分類，頻繁使用的類型使用專門的緩存，很少使用的可以使用類似2.0中的取整到2的冪次的通用緩存。使用2的冪次大小的記憶體區域時高速緩存衝突的概率較大，有可能通過仔細安排記憶體區域的起始地址來減少高速緩存衝突。緩存一定數量的對象可以減少對buddy系統的調用，從而節省時間並減少由此引起的高速緩存污染。Linux2.2內核實現的slab分配器體現了這些改進思想。主要數據結構有：kmem_cache_create/kmem_cache_destorykmem_cache_grow/kmem_cache_reap//增長/縮減某類緩存的大小kmem_cache_alloc/kmem_cache_free//從某類緩存分配/釋放一個對象kmalloc/kfree//通用緩存的分配、釋放函數。相關代碼見slab.c。vmalloc/vfree主要進行物理地址不連續，虛地址連續的記憶體管理。它使用kernel頁表。位於檔vmalloc.c，相對來說比較簡單。2.基於區的夥伴系統的設計和物理頁面的管理Linux2.4中的記憶體管理有很大的變化。在物理頁面管理上實現了基於區的夥伴系統（zonebasedbuddysystem）。區(zone)的是根據記憶體的不同使用類型劃分的。對不同區的記憶體使用單獨的夥伴系統(buddysystem)管理，而且獨立地監控空閒頁等。記憶體分配的兩大問題是：分配效率及碎片問題。一個好的分配器應該能夠快速的滿足各種大小的分配要求，同時不能產生大量的碎片浪費空間。夥伴系統是一個常用的比較好的演算法。引入區的概念是為了區分記憶體的不同使用類型（方法），以便更有效地利用。Linux2.4有三個區：DMA、Normal和HighMem。前兩個在Linux2.2中實際上也是由獨立的buddysystem管理的，但Linux2.2中還沒有明確的zone的概念。DMA區在x86體系結構中通常是小於16兆的物理記憶體區，因為DMA控制器只能使用這一段的記憶體。而HighMem是物理地址超過某個值(通常是約900M)的高端記憶體。其他的是Normal區內存。在Linux實現中，高地址的記憶體不能直接被內核使用。內核使用一種特殊的辦法，即使用CONFIG_HIGHMEM選項，來使用高地址的記憶體。HighMem只用於頁面高速緩衝和用戶進程。這樣分開的結果，是可以更有針對性地使用記憶體，不至於出現把DMA可用的記憶體大量給無關的用戶進程使用，導致驅動程式沒法得到足夠的DMA記憶體等情況。此外，每個區都獨立地監控本區記憶體的使用情況。在分配時，系統綜合考慮用戶的要求和系統現狀，判斷從哪個區分配比較合適。2.4裏分配頁面時可能會和高層的VM代碼交互(分配時根據空閒頁面的情況，內核可能從夥伴系統裏分配頁面，也可能直接把已經分配的頁收回（reclaim）等。實際上，在更高一層還有NUMA(NoneUniformedMemoryAccess)的支持。在一般的機器中，CPU對每個記憶體單元（動態隨機存取記憶體DRAM）的存取速度是一樣的。而NUMA是一種體系結構，對系統裏的每個處理器來說，不同的記憶體區域可能有不同的存取時間(一般是由記憶體和處理器的距離決定)。NUMA中訪問速度相同的一個記憶體區域稱為一個節點（node），NUMA的主要任務就是要儘量減少node之間的通信，使得每個處理器要用到的數據盡可能放在對它來說最快的node中。2.4內核中node的相應數據結構是pg_data_t，每個node擁有自己的memmap數組，把自己的記憶體分成幾個zone，每個zone再用獨立的夥伴系統管理物理頁面。整個分配器的主要介面是下麵的函數（參看mm.h及page_alloc.c）：structpa