內存使用場景

out of memory 的時代過去了嗎？no，內存再充足也不可任性使用。

1、內存的使用場景

page 管理

slab（kmalloc、內存池）

用戶態內存使用（malloc、relloc 文件映射、共享內存）

程序的內存 map（棧、堆、code、data）

內核和用戶態的數據傳遞（copy_from_user、copy_to_user）

內存映射（硬件寄存器、保留內存）

DMA 內存

2、用戶態內存分配函數

alloca 是向棧申請內存，因此無需釋放

malloc 所分配的內存空間未被初始化，使用 malloc（） 函數的程序開始時（內存空間還沒有被重新分配） 能正常運行，但經過一段時間后（內存空間已被重新分配） 可能會出現問題

calloc 會將所分配的內存空間中的每一位都初始化為零

realloc 擴展現有內存空間大小

a） 如果當前連續內存塊足夠 realloc 的話，只是將 p 所指向的空間擴大，并返回 p 的指針地址。這個時候 q 和 p 指向的地址是一樣的

b） 如果當前連續內存塊不夠長度，再找一個足夠長的地方，分配一塊新的內存，q，并將 p 指向的內容 copy 到 q，返回 q。并將 p 所指向的內存空間刪除

3、內核態內存分配函數

函數分配原理最大內存其他_get_free_pages直接對頁框進行操作4MB適用于分配較大量的連續物理內存kmem_cache_alloc基于 slab 機制實現128KB適合需要頻繁申請釋放相同大小內存塊時使用kmalloc基于 kmem_cache_alloc 實現128KB最常見的分配方式，需要小于頁框大小的內存時可以使用vmalloc建立非連續物理內存到虛擬地址的映射物理不連續，適合需要大內存，但是對地址連續性沒有要求的場合dma_alloc_coherent基于_alloc_pages 實現4MB適用于 DMA 操作ioremap實現已知物理地址到虛擬地址的映射適用于物理地址已知的場合，如設備驅動alloc_bootmem在啟動 kernel 時，預留一段內存，內核看不見小于物理內存大小，內存管理要求較高

4、malloc 申請內存

調用 malloc 函數時，它沿 free_chuck_list 連接表尋找一個大到足以滿足用戶請求所需要的內存塊

free_chuck_list 連接表的主要工作是維護一個空閑的堆空間緩沖區鏈表

如果空間緩沖區鏈表沒有找到對應的節點，需要通過系統調用 sys_brk 延伸進程的棧空間

5、缺頁異常

通過 get_free_pages 申請一個或多個物理頁面

換算 addr 在進程 pdg 映射中所在的 pte 地址

將 addr 對應的 pte 設置為物理頁面的首地址

系統調用：Brk—申請內存小于等于 128kb，do_map—申請內存大于 128kb

6、用戶進程訪問內存分析

用戶態進程獨占虛擬地址空間，兩個進程的虛擬地址可相同

在訪問用戶態虛擬地址空間時，如果沒有映射物理地址，通過系統調用發出缺頁異常

缺頁異常陷入內核，分配物理地址空間，與用戶態虛擬地址建立映射

7、共享內存

1） 原理

它允許多個不相關的進程去訪問同一部分邏輯內存

兩個運行中的進程之間傳輸數據，共享內存將是一種效率極高的解決方案

兩個運行中的進程共享數據，是進程間通信的高效方法，可有效減少數據拷貝的次數

2） shm 接口

shmget 創建共享內存

shmat 啟動對該共享內存的訪問，并把共享內存連接到當前進程的地址空間

shmdt 將共享內存從當前進程中分離
責編AJX