Linux内存管理 - 云栖梦泽

[linux内存管理] 第000篇 Linux内存管理系列开篇

系列深入剖析Linux内存管理在ARM64架构下的原理与实现，覆盖物理内存初始化流程、核心分配器机制（如buddy、slab、vmalloc、CMA等）、缺页异常处理、页面回收、内存节点解析等关键环节，结合Kernel 5.15源码与丰富补充资料，帮助读者系统理解底层架构与内存管理优化要点

[linux内存管理] 第030篇深入理解 slab cache 内存分配全链路实现

通过内核源码深入解析slab cache的内存分配机制，文章以task_struct为例详解fastpath和slowpath的分配流程，阐释了kmem_cache在多CPU和NUMA架构下的高效对象分配策略，以及如何通过本地CPU缓存、空闲对象链和慢速路径保证性能和并发安全。

[linux内存管理] 第029篇谁把folio的函数定义“藏”起来了？

这篇文章探讨了在阅读Linux内核代码时，如何解决一些函数定义难以找到的问题。作者遇到了folio_test_active()等函数无法找到定义的困惑，通过搜索发现这些函数是通过特殊的宏定义在page-flags.h文件中创建的。文章详细解释了PAGE_TYPE_OPS()和FOLIO_FLAG()宏的工作原理，以及如何通过这些宏定义函数。最终，作者成功理解了这些函数的定义方式，并总结说这种方法虽然特殊，但探索和理解的过程非常有意思。

[linux内存管理] 第028篇 do_anonymous_page只处理私有映射吗?

文章摘要：本文探讨了Linux内核中do_anonymous_page()函数的作用，解释了它为什么只处理私有匿名映射。通过分析do_pte_missing()、vma_is_anonymous()、vma_set_anonymous()等函数，以及mmap_region()函数中的逻辑，文章得出结论：在mmap()流程中，只有私有匿名映射的vm_ops会被设置为NULL，从而被do_anonymous_page()处理。其他类型的映射，如共享匿名映射和文件映射，其vm_ops不为空，因此不会被该函数处理。

[linux内存管理] 第027篇 Linux ARM64 虚拟地址布局

本文讨论了ARM64架构下Linux内核的虚拟地址布局。文章指出，尽管ARM64地址宽度为64位，但最大支持的物理地址为48位，即256T。虚拟地址宽度可以选择36位、39位、42位、47位、48位或52位，以39位为例，用户空间和内核空间大小均为512G。文章还详细介绍了内核虚拟地址空间分布，包括线性映射区域、模块区域、内核镜像区域、VMEMMAP区域、PCI I/O区域、固定映射区域等。最后，文章解释了线性空间下移的原因，并展示了虚拟地址空间总体分布图。

[linux内存管理] 第026篇从内核源码看 slab 内存池的创建初始化流程

本文详细介绍了Linux内核中slab内存池的创建过程，从源码层面解释了slab cache的架构设计和实现。文章首先介绍了slab cache的创建接口函数kmem_cache_create，并解释了其参数与slab cache结构体属性的对应关系。接着，文章深入分析了slab cache创建的详细流程，包括获取锁、参数校验、查找可复用的slab cache、计算slab对象的内存布局、初始化slab cache的重要属性、创建本地cpu缓存和NUMA节点缓存等步骤。此外，文章还介绍了slab allocator体系的初始化过程，解释了如何解决先有鸡还是先有蛋的问题，并详细说明了slab对象的内存布局和计算slab所需物理内存页个数的逻辑。最后，文章总结了slab cache的创建流程和架构，并展望了后续对slab内存池内存分配的深入探讨。

[linux内存管理] 第025篇细节拉满，80 张图带你一步一步推演 slab 内存池的设计与实现

本文介绍了 Linux 内核中的 slab 内存池，用于高效地分配和释放小内存块。作者首先回顾了 Linux 内存分配的宏观流程，然后引出 slab 内存池的产生背景和优势。slab 内存池将频繁使用的小内存块池化，避免了频繁的内存分配和释放带来的性能开销。文章详细介绍了 slab 对象池的内存布局，包括对齐、red zone、freepointer 和状态信息等。接着，文章分析了 slab 的总体架构设计，包括 kmem_cache、kmem_cache_cpu 和 kmem_cache_node 等数据结构。最后，文章详细介绍了 slab 内存分配和释放的原理，包括从本地 cpu 缓存、partial 列表、NUMA 节点缓存和伙伴系统中分配和释放内存的场景。

[linux内存管理] 第024篇 slab内存分配器概述

Buddy系统以页为单位分配内存，导致浪费和效率低下。Solaris的Slab分配器通过对象类型专属仓库和缓存复用，极大提升命中率和访问速度。Linux随后演化出SLUB和SLOB，其中SLUB采用批量、无锁和本地CPU缓存等机制，大幅降低元数据开销与碎片化，优化了性能。

[linux内存管理] 第023篇 watermark详解

本文探讨了 Linux 内存管理中的水位机制，特别是 `zoned page frame allocator` 如何使用水位来控制内存分配和回收。文章首先介绍了 `struct zone` 结构体和三种水位 `WMARK_MIN`、`WMARK_LOW` 和 `WMARK_HIGH` 的概念及其作用。随后，文章详细分析了水位的初始化过程，包括计算 `min_free_kbytes`、更新内存区水位、刷新内存区统计阈值和初始化低内存保留等步骤。接着，文章讨论了快速分配和慢速分配中的水位检测机制，以及 `kswapd` 和内存规整过程中的水位检测。最后，文章强调了调整内存水位的重要性，以及如何根据不同业务场景进行优化。

[linux内存管理] 第022篇 buddy内存管理之慢速分配

**本文分析了 Linux 内核中慢速内存分配路径 `__alloc_pages_slowpath`，该路径在快速分配失败时被触发。慢速分配尝试通过多种手段获取内存，包括内存回收、内存压缩和唤醒 kswapd 线程等**。 **主要步骤如下**： 1. **判断是否允许直接回收内存**：根据 GFP 标志判断是否可以进行直接内存回收。 2. **判断是否为高成本请求**：根据请求的 order 和 migratetype 判断是否为高成本请求。 3. **尝试直接内存压缩**：在高成本请求或无法访问预留内存的情况下，尝试进行直接内存压缩。 4. **唤醒 kswapd 线程**：唤醒 kswapd 线程进行内存回收。 5. **尝试再次分配内存**：根据新的分配标志和 zonelist 尝试再次分配内存。 6. **直接内存回收**：如果允许直接回收内存，则尝试进行直接内存回收。 7. **再次尝试分配内存**：在内存回收后再次尝试分配内存。 8. **尝试内存压缩**：如果直接内存回收失败，则尝试进行内存压缩。 9. **处理 CPU 集合更新**：检查 CPU 集合是否更新，并进行相应的处理。 10. **启动 OOM 杀手**：如果所有尝试都失败，则启动 OOM 杀手进程。 11. **重试分配**：如果 OOM 杀手进程有所进展，则重试分配。 **慢速分配路径的关键在于通过各种手段增加空闲内存，以便能够成功分配请求的内存**。 **总结来说，慢速分配路径是 Linux 内核中保证内存分配可靠性的重要机制，它通过多种手段应对内存不足的情况，确保系统能够正常运行**。

2025 年 12 月
日	一	二	三	四	五	六
	1	2	3	4	5	6
7	8	9	10	11	12	13
14	15	16	17	18	19	20
21	22	23	24	25	26	27
28	29	30	31