Linux內核源碼內存管理主要包括以下幾個部分:
1. 物理內存管理:這部分主要負責將物理內存劃分為不同的頁表項,以便操作系統能夠快速地訪問和操作內存。
2. 虛擬內存管理:這部分主要負責將用戶空間的地址映射到物理內存中,以便程序能夠訪問和操作內存。
3. 內存分配與回收:這部分主要負責在需要時為進程分配內存,并在不再需要時回收內存。
4. 內存碎片處理:這部分主要負責解決內存碎片問題,以提高內存利用率。
5. 緩存管理:這部分主要負責管理各種類型的緩存,以提高內存訪問速度。
6. 頁面替換算法:這部分主要負責在內存不足時選擇合適的頁面進行替換,以保持內存的可用性。常見的頁面替換算法有FIFO(先進先出)、LRU(最近最少使用)等。
7. 內存保護機制:這部分主要負責保護系統內存不被非法訪問,以防止數據損壞和系統崩潰。常見的內存保護機制有頁表項的保護、內存保護域等。
在Linux內核源碼中,內存管理相關的代碼主要位于mm/memory.c文件中。以下是一些關鍵部分的代碼示例和分析:
1. 物理內存管理:
/* 將物理地址轉換為頁表項 */
pte_t *pte = pfn_to_pte(pfn);
/* 將頁表項轉換為物理地址 */
unsigned long phys_addr = pte_to_phys(pte);
2. 虛擬內存管理:
/* 將用戶空間的地址映射到物理內存中 */
unsigned long virt_addr = page_to_virt(page);
/* 將物理內存中的地址映射回用戶空間 */
struct page *page = virt_to_page(virt_addr);
3. 內存分配與回收:
/* 為進程分配內存 */
struct page *page = alloc_pages(GFP_KERNEL, 0);
/* 釋放內存 */
free_pages(page, 0);
4. 內存碎片處理:
/* 合并相鄰的空閑頁面 */
merge_area_pages(area);
5. 緩存管理:
/* 獲取CPU緩存行的大小 */
unsigned int cacheline_size = cpu_cacheline_size();
/* 將數據寫入緩存 */
write_through_cache(virt_addr, data, size);
/* 從緩存中讀取數據 */
read_from_cache(virt_addr, data, size);
6. 頁面替換算法:
/* 選擇要替換的頁面 */
struct page *page_to_replace = lru_dequeue(&lru);
/* 將選定的頁面添加到最近最少使用列表中 */
lru_enqueue(&lru, page_to_replace);
7. 內存保護機制:
/* 設置頁表項的保護位 */
set_pte_at(pfn, pte, pte_set_accessed(pte));
/* 清除頁表項的保護位 */
clear_pte_at(pfn, pte);