Linux内存管理相关

首先,了解几个概念。

BSS段:BSS段(bss segment)通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。

数据段: 数据段(data segment)通常是指用来存放程序中 已初始化的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配。

代码段 代码段(code segment/text segment)通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定,并且内存区域通常属于只读, 某些架构也允许代码段为可写,即允许修改程序。在代码段中,也有可能包含一些只读的常数变量,例如字符串常量等。

堆(heap): 堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段,它的大小并不固定,可动态扩张或缩减。当进程调用malloc等函数分配内存时,新分配的内存就被动态添加到堆上(堆被扩张);当利用free等函数释放内存时,被释放的内存从堆中被剔除(堆被缩减)

栈(stack): 栈又称堆栈, 是用户存放程序临时创建的局部变量,也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量(但不包括static声明的变量,static意味着在数据段中存放变量)。除此以外,在函数被调用时,其参数也会被压入发起调用的进程栈中,并且待到调用结束后,函数的返回值也会被存放回栈中。由于栈的先进先出特点,所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上讲,我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。

kmalloc()和vmalloc()介绍
》kmalloc()
用于申请较小的、连续的物理内存

  • void *kmalloc(size_t size, int flags) 分配的内存物理地址上连续,虚拟地址上自然连续

  • 以字节为单位进行分配,在"linux/slab.h"中

  • gfp_mask标志:什么时候使用哪种标志?
    如下:
    情形 相应标志
    进程上下文,可以睡眠 GFP_KERNEL
    进程上下文,不可以睡眠 GFP_ATOMIC
    中断处理程序 GFP_ATOMIC
    软中断 GFP_ATOMIC
    Tasklet GFP_ATOMIC
    用于DMA的内存,可以睡眠 GFP_DMA | GFP_KERNEL
    用于DMA的内存,不可以睡眠 GFP_DMA | GFP_ATOMIC

  • void kfree(const void *ptr)
    释放由kmalloc()分配出来的内存块
    vmalloc()
    用于申请较大的内存空间,虚拟内存是连续的

  • 以字节为单位进行分配,在"linux/vmalloc.h"中

  • void *vmalloc(unsigned long size) 分配的内存虚拟地址上连续,物理地址不连续

  • 一般情况下,只有硬件设备才需要物理地址连续的内存,因为硬件设备往往存在于MMU之外,根本不了解虚拟地址;但为了性能上的考虑,内核中一般使用 kmalloc(),而只有在需要获得大块内存时才使用vmalloc(),例如当模块被动态加载到内核当中时,就把模块装载到由vmalloc()分配 的内存上。
    4.void vfree(void *addr),这个函数可以睡眠,因此不能从中断上下文调用。

用户空间和内核空间
4G的进程地址空间被人为的分为两个部分–用户空间与内核空间。用户空间从0到3G(0xc0000000),内核空间占据3G到4G。用户进程通常情况下只能访问用户空间的虚拟地址,不能访问内核空间的虚拟地址。例外情况只有用户进程进行系统调用(代表用户进程在内核态执行)等时刻可以访问到内核空间。

  • 用户空间对应进程,所以每当进程切换,用户空间就会跟着变化;而内核空间是由内核负责映射,它并不会跟着进程变化,是固定的。内核空间地址有自己对应的页表,用户进程各自有不同的页表。
  • 每个进程的用户空间都是完全独立、互不相干的。

malloc(), vmalloc()和kmalloc()区别

  1. kmalloc和vmalloc是分配的是内核的内存,malloc分配的是用户的内存
  2. kmalloc保证分配的内存在物理上是连续的,vmalloc保证的是在虚拟地址空间上的连续
  3. kmalloc能分配的大小有限,vmalloc和malloc能分配的大小相对较大
  4. 内存只有在要被DMA访问的时候才需要物理上连续
  5. vmalloc比kmalloc要慢

4G地址空间解析图
这里写图片描述

参考网站:
内存管理1
linux内存管理2

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