前言

Linux 的内存管理机制是一个复杂而高效的系统，旨在确保系统资源的高效利用，同时提供良好的性能和响应能力。本文主要介绍 Linux 内存管理的主要组件和机制。

虚拟内存

概念:

每个进程在 Linux 中拥有自己的虚拟地址空间，这使得进程之间的内存相互独立，增强了安全性和稳定性。

分页

内存被分为固定大小的页面（通常为 4KB），虚拟地址映射到物理内存页。分页允许更灵活的内存管理与使用。

内存分页

页面映射

使用页表将虚拟页面地址映射到物理内存地址。

页表

存储虚拟地址到物理地址的映射信息，支持多级页表来减少内存消耗。

内存分配

伙伴系统（Buddy System）

Linux 使用伙伴系统进行物理内存的分配和回收，能够有效管理不同大小的内存块。

slab 分配器

用于高效地管理和分配内核对象，减少内存碎片。

缓存管理

页面缓存

Linux 会将文件系统中读取的数据保存在内存中，以减少磁盘 I/O 操作，提高文件访问速度。

缓存回收

通过 reclaim 机制，内核会在内存紧张时自动回收不活跃的页面。

交换空间（Swap）

概念

当物理内存不足时，Linux 可以将不活跃的内存页移到交换空间（硬盘上的特殊区域），以释放物理内存供活跃进程使用。

交换管理

内核会根据优先级和使用情况决定哪些页面被交换出去。

内存保护

访问控制

通过页表中的权限位，内核可以控制进程对内存的访问，防止非法访问。

安全性

每个进程的虚拟内存空间相互隔离，增强了系统的安全性。

内存映射（Memory Mapping）

文件映射

支持将文件映射到进程的虚拟地址空间，可以直接在内存中读写文件内容。

共享内存

不同进程可以共享同一块物理内存区域，适合快速数据交换。

内存管理系统调用

malloc / free

用户空间中的内存分配和释放。

mmap / munmap用于内存映射文件或共享内存的系统调用。

总结

Linux 的内存管理机制通过虚拟内存、分页、内存分配、缓存管理、交换空间等多种技术，确保了系统的高效运行和资源的合理利用。理解这些机制有助于优化应用程序性能和系统资源管理。