[系统运维] linux内核源码分析之内存概述

内存相关术语

主存：也称为物理内存，描述计算机的高速数据存储区域，通常是动态随机访问内存（DRAM）

虚拟内存：抽象的主存概念

常驻内存：当前处于主存中的内存

匿名内存：无文件系统或者路径名的内存，它包括进程地址空间的工作数据，称作堆

地址空间：内存上下文。

段：标记为特殊用途的一块内存区域，例如用来存储可执行或者可写的页

OOM:内存耗尽，内核检测到可用内存低

页：操作系统和CPU使用的内存单位。4kB或者8kB

缺页：无效内存访问，使用按虚拟内存时，这是正常事件

换页：在主存与存储设备间交换页。

交换：页面转移到交换设备

CPU 缓存：

????????处理器通常在芯片中包含硬件缓存以提高内存访问性能，这些缓存可能包含如下级别

一级缓存通常按虚拟内存地址空间寻址，二级及以上按物理内存地址寻址，具体取决于处理器。

内存管理单元（MMU）负责虚拟到物理地址的转换。将虚拟内存地址映射到物理内存地址。内核为每个进程都维护了一张页表，记录虚拟地址与物理地址的映射关系。

按页做转换，而页内的偏移量则直接映射。

Linux 使用伙伴分配器管理页，它以2的幂的方式向不同尺寸的内存分配器提供多个空闲链表。伙伴值找到相邻的空闲内存页以被同时分配。

伙伴空闲链表处于如下等级结构的低端，起始于每个内存节点pg_data_t

在节点的空闲链表分配能提高内存的本地性和性能

brk() ：小块内存，内存释放后并不会立刻归还系统，而被缓存起来，可以重复使用。

? ? ? ? 优点：可以减少缺页异常的发生，提高内存访问效率。不过，由于这些内存没有归还系统，? ? ? ? ? ? 缺点：在内存工作繁忙时，频繁的内存分配和释放会造成内存碎片。

mmap() ：大块内存，在文件映射段找一块空闲内存分配。

????????释放时直接归还系统，每次 mmap 都会发生缺页异常，使内核的管理负担增大。

用户态在申请分配后，只有在首次访问时才分配，也就是通过缺页异常进入内核中，再由内核来分配内存。

1）free() 或 unmap()?

2）系统中可用内存过低时，多种释放方法

回收：内存低于某个阈值（vm.min_free_kbytes）时，内核模块和内核分配器会立刻释放任何可以轻易释放的内存。大多数是从内核的slab分配器缓存释放内存，这些缓存包含slab大小的未使用内存块以供重用。回收将这些内存交给系统进行分配。Linux内核模块可以调用register_shrinker()以注册特定的函数回收自己的内存。? ? ? ?
交换：页面换出守护进程（kswapd）执行的换页，找出最近不使用的页并加入到空闲链表中，其中包括应用空间内存。
OOM：内存耗尽终结者搜索并杀死可牺牲的进程以释放内存，采用select_band_process（）搜索而后用oom_kill_process()杀死进程。系统dbg信息有Out of memory。

换页时，换页倾向 0~100范围的参数（默认60）.较高的值更倾向于用换页释放内存，而较低的值更倾向于回收缓存。这就通过保留热文件系统缓存的同时，换出冷应用程序的内存页面来提高系统吞吐量。