Linux内核源码分析 (B.2)虚拟地址空间布局架构

一、Linux内核整体架构及子系统

• Linux内核只是操作系统当中的一部分，对下管理系统所有硬件设备，对上通过系统调用向Library Routine或其他应用程序提供API接口。

二、Linux内核内存管理架构

• 内存管理可以通过以下三个维度进行介绍：
  • 用户空间
    • 相当于应用程序使用malloc()申请内存，通过free()释放内存。malloc()/free()是glibc库的内存分配器ptmalloc提供的接口，ptmalloc使用系统调用brk或mmap向内核以页为单位申请内存。
  • 内核空间
    • 虚拟内存管理负责从进程的虚拟地址空间分配虚拟页，sys_brk来扩大或收缩堆，sys_mmap用来在内存映射区域分配虚拟页，sys_munmap用来释放虚拟页。页分配器负责分配物理页，使用分配器是伙伴分配器。
    • 内核空间扩展功能，不连续页分配器提供分配内存的接口vmalloc和释放内存接口vfree。在内存碎片化的时候，申请连续物理页的成功率比较低，可以申请不连续的物理页，映射到连续的虚拟页，即虚拟地址连续而物理地址不连续。
    • 内存控制组用来控制进程占用的内存资源。当内存碎片化的时候，找不到连续的物理页，内存碎片整理过迁移方式得到连续的物理页。在内存不足的时候，页回收负责回收物理页。
  • 硬件
    • MMU包含一个页表缓存，保存最近使用过的页表映射，避免每次把虚拟地址转换为物理地址都需要查询内存中的页表。解决处理器执行速
      度和内存速度不匹配问题，中间增加一个缓存。一级缓存分为数据缓存和指令缓存。二级作用协调一级缓存和内存之间的工作效率。
• 系统调用