Linux内存管理概述

2020年悄悄的来了，新年初始正是立flag的好时候，今年的flag是总结完linux内存管理和进程管理两大模块，想法是好的，希望能坚持下去，废话到此为止，今天先来介绍linux内存管理的概述，后续内存相关文章都围绕今天的内容展开。

内存管理架构图

先上图：
内存管理架构

应用程序并没有直接调用系统调用申请内存，是调用glibc的库函数malloc和free申请和释放内存，malloc和free是glibc的ptmalloc分配器提供的接口，ptmalloc使用系统调用brk和mmap向内核以页为单位申请内存，然后划分成小的内存块分配给用用程序。
除了glibc的ptmalloc，还有google公司的tcmalloc和FreeBSD的jemalloc。

Note： GUN C指的是glibc，ANSI C指的是libc，是标准C库，glibc对libc做了扩展，一般只用于linux

虚拟内存管理负责为进程分配虚拟页，内存采用延迟分配虚拟页的策略，进程第一次申请内存页时，会发生页错误异常，异常处理程序从页分配器中分配物理页，并把虚拟页和物理页的映射条目更新到页表中。
页分配器负责分配物理页，内核有多种页分配器，不连续内存页分配器、连续页分配器、引导内存分配器等。
- 连续内存页分配器（CMA）：DMA可以不需要cpu直接控制内存，但是一般需要连续的内存，所以系统一般需要预留一块连续的物理内存供类似DMA的场景使用，预留的这种方式对内存是一种浪费，CMA应运而生，分配一块CMA内存区域，DMA等不使用的时候其他程序可以使用，DMA使用的时候立刻回收供DMA使用。
- 引导内存分配器：在内核初始化过程中，页分配器还初始化完成，此时需要引导内存分配器负责分配内存。
内存控制组：内核通过内存控制组控制进程的内存资源。
内存碎片整理：当内存没有足够的连续物理内存时，需要进行内存碎片化整理，通过内存迁移的方式实现。
页回收：当内存不足时，页回收负责回收物理页，有后备存储设备的回收到存储设备中，无后备存储设备的存储到交换分区，zram就是一种特殊的交换分区。
LowMemorykiller:页回收后内存还是不够时，触发LowMemorykiller杀进程释放内存空间。