Linux内存管理41篇

[linux内存管理] 第005篇 启动代码分析之汇编部分 2024-11-26 评论 林渡
[linux内存管理] 第005篇 启动代码分析之汇编部分

本文详细分析了Linux内核启动阶段的引导程序、内核起始地址、head.S、内存映射和__cpu_setup函数。引导程序负责初始化物理内存、设置设备树、解压缩内核映像并将其加载到内核运行地址，然后跳转到内核入口地址。内核起始地址在arch/arm64/kernel/vmlinux.lds.S文件中定义，并使用readelf工具读取vmlinux文件进行验证。head.S文件包含内核启动汇编代码，主要完成切换到EL1模式、创建恒等映射页表、为打开MMU做处理器相关初始化、启动MMU并跳转到start_kernel()函数等任务。内存映射部分分析了恒等映射和粗粒度内核镜像映射的原理和实现，以及map_memory宏、compute_indices宏和populate_entries宏的作用。__cpu_setup函数负责为打开MMU做一些处理器相关初始化，包括清除本地TLB、启用FP/ASIMD、设置TCR寄存器、设置SCTLR_EL1寄存器等。__primary_switch函数启动MMU，并跳转到start_kernel()函数进入内核的C语言部分。
[linux内存管理] 第001篇 内存与内存管理机制 2024-11-25 评论 林渡
[linux内存管理] 第001篇 内存与内存管理机制

**内存管理**是操作系统核心功能之一，经历了从纸带存储到现代内存管理机制的演变。内存，作为数据货架，以字节为单位存储数据，并通过内存地址进行编号。内存类型包括RAM、ROM、闪存和虚拟内存等。RAM分为SRAM和DRAM，SRAM速度快但成本高，DRAM容量大且成本低。内存分段机制将程序内存空间划分为多个逻辑分段，解决了地址空间保护问题，但内存使用效率低。内存分页机制将内存划分为固定大小的页面，提高了内存使用效率。MMU负责将虚拟页面映射到物理页面，实现内存管理机制。
[linux内存管理] 第002篇 页表查询过程简述 2024-11-25 评论 林渡
[linux内存管理] 第002篇 页表查询过程简述

您好，我已根据您提供的文档内容，完成了对内存管理单元（MMU）、页表（PT）、页表项（PTE）、转换后备缓冲器（TLB）等概念的总结，并对ARMv8处理器中的分页管理原理进行了阐述。同时，我还对Linux内核中关于页表操作的API进行了简要分析，包括PGD、PUD、PMD的划分，以及页表设置相关的宏定义。如果您需要更详细的源码分析或有其他问题，请随时告诉我。
linux源码解析05–ioremap原理 2024-11-21 评论 林渡
linux源码解析05–ioremap原理

科学边界文章摘要：本文介绍了不同处理器架构对内存访问的方式，如x86架构通过I/O端口空间访问外设，而RISC架构如ARM/PowerPC则将I/O内存空间视为普通内存的一部分。文章重点讲解了ioremap映射函数，包括其定义和使用，以及如何通过ioremap_page_range函数将物理地址映射到虚拟地址，使应用程序能够通过虚拟地址访问寄存器地址。
linux源码解析07–缺页异常之架构相关部分(ARM64为例)分析 2024-11-20 评论 林渡
linux源码解析07–缺页异常之架构相关部分(ARM64为例)分析

本文详细介绍了缺页异常的原理和实现过程，涵盖了从异常向量表到通用代码处理的各个环节，并对主要缺页异常类型进行了分类说明。缺页异常是操作系统虚拟内存管理的重要机制，对于进程来说时透明的。文章中还涉及了匿名映射、文件映射、swap 缺页异常、写时复制缺页异常等概念，为理解虚拟内存管理提供了基础。
linux源码解析06–常用内存分配函数kmalloc、vmalloc、malloc和mmap实现原理 2024-11-20 评论 林渡
linux源码解析06–常用内存分配函数kmalloc、vmalloc、malloc和mmap实现原理

您好！这是一份关于内存分配函数的总结，涵盖了 kmalloc、vmalloc、malloc 和 mmap 函数。 **1. kmalloc 函数** - 基于 slab 分配器实现，分配的内存物理上连续。 - 分配流程： - 检查大小是否超过 KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE，若超过，调用 kmalloc_large。 - 计算使用的 slab 缓冲区索引。 - 调用 kmem_cache_alloc_trace 从 slab 分配内存。 **2. vmalloc 函数** - 临时在 vmalloc 内存区申请 vma，并分配物理页面，建立映射。 - 适合分配较大内存，物理内存不一定连续。 **3. malloc 函数** - C 库实现，维护缓存，内存不足时通过系统调用 brk 向内核申请。 - 分配流程： - 从 C 库缓存分配或通过 brk 系统调用向内核申请。 - 若设置 VM_LOCKED 标志，立即分配物理页面并建立映射；否则，延迟分配。 - 访问未映射的虚拟空间时触发缺页异常，分配物理页面并建立映射。 **4. mmap 函数** - 用于用户程序分配内存、读写大文件、链接动态库、多进程内存共享等。 - 映射类型： - 私有匿名映射：fd=-1, flags=MAP_ANONYMOUS|MAP_PRIVATE - 共享匿名映射：fd=-1, flags=MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED - 私有文件映射：flags=MAP_PRIVATE - 共享文件映射：flags=MAP_SHARED - 分配流程： - 创建 vma 结构体。 - 根据文件关联性和映射区域属性，调用相应的映射函数。 - 建立虚拟地址到物理地址的映射。 - 默认情况下，mmap 只建立 vma，未分配物理页面，访问时触发缺页异常。 **总结** - kmalloc 和 vmalloc 适合分配内存，malloc 和 mmap 适合分配虚拟地址空间。 - 访问未映射的虚拟空间时，会触发缺页异常，内核会分配物理页面并建立映射。 - mmap 的重复映射和文件打开过多会导致性能问题。
linux内核源码解析04–用户进程页表创建 2024-11-20 评论 林渡
linux内核源码解析04–用户进程页表创建

科学边界发表的文章详细阐述了Linux内核中进程页表的创建、缺页异常处理以及进程切换时的内存管理机制。文章首先介绍了进程创建时页表的创建过程，包括fork时复制父进程的页表、分配pgd物理页面以及拷贝页表项。其次，描述了缺页异常导致的写时复制（COW）的处理流程，包括分配新页面、复制旧页面内容以及更新页表项。最后，文章解释了进程切换时如何通过更新ASID和页表基地址来实现地址空间的切换。这些内容对于理解Linux内存管理至关重要。
linux内核源码解析03–启动代码分析之主内核页表创建 2024-11-20 评论 林渡
linux内核源码解析03–启动代码分析之主内核页表创建

Linux内核初始化过程中，会依次建立多种页表映射，以支持不同的内存访问需求。这些映射包括恒等映射、粗粒度内核镜像映射、fixmap映射、细粒度内核镜像映射、线性映射以及用户空间页表映射。文章详细解析了细粒度内核镜像映射和线性映射的创建过程，以及内核主页表的建立。此外，还介绍了伙伴系统的初始化，包括bootmem分配器的初始化、sparse内存模型初始化、zone数据结构初始化等。通过这些初始化过程，Linux内核为后续的内存管理和进程调度等操作奠定了基础。