Linux 內核原理之內存系統

buddy system

進程向內核申請內存需要地址連續的內存塊，linux如何處理來儘可能保持內存塊的連續的呢？答案buddy system。來看下buddy system內存地址分配策略。

首先假設系統一開始有共16個字節的內存，然後被分出去8 byte。狀態圖如下：

可以看到左邊數組中存放的都是等大的塊，內存不連續的等大塊以鏈表的方式存放在相應的索引處。

如果這個時候，有個2字節的請求，剩餘的6個字節就會被分別放在 $2^1$21 和 $2^2$22處。

當內存回收時，內核會在等大塊中，發現可以合併的內存塊，並放到更上層。比如上面的8個字節內存被釋放時，兩個8字節的內存塊會被發現是連續的，合併放到 $2^4$24位置。

buddy system存在內存碎片問題？

當內存被頻繁的申請和釋放，buddy system就會有內存碎片問題。進程要申請一塊內存，剩餘內存總量是夠的，但是內存地址不連續。

下面簡單舉個內存碎片的例子:

初始狀態：

{ [0-15] }

分配2 byte:
{ [0-7] } , { [8-11] } , { [12-13] }

申請5 byte
{ [8-11] } , {[12,13],[6-7]}(內存碎片), { [5-5] }

虛擬地址空間

4GB虛擬地址空間被分成用戶空間和內核空間兩部分。

用戶空間

代碼段，數據段和BSS段是連續存放的。代碼段放機器碼，數據段放已初始化的靜態變量或全局變量。BSS段包含未初始化全局變量。（可以使用size查看編譯程序的內存區域如size /bin/ls）

物理地址空間

物理地址空間到虛擬地址空間的映射

物理地址空間的結構